Страница:
ЛАЗЕРНЫЙ "НЮХ"
"Только одно чувство-обоняние, иными словами, определение и обнаружение небольших примесей органического вещества, у животных более совершенно, чем у существующих приборов. Догнать обоняние собаки - одна из проблем физики будущего" - так сформулировал одну из сложнейших задач науки выдающийся советский ученый академик Петр Леонидович Капица.
За этой задачей стояло не просто стремление превзойти природу. Во многих областях современной техники - в электронике, радиотехнике, химии - требуются вещества уникальной
чистоты: в них на многие миллионы собственных атомов допускается присутствие лишь одного атома примесей. А на другом полюсе задачи проблемы здравоохранения, охраны окружающей среды. Как, например, бороться с ничтожными количествами химических веществ, которые выделяют в воздух и растения, и машины, и строительные материалы? Ведь именно эти вещества нередко срабатывают как спусковой крючок аллергических заболеваний, широко распространенных сейчас на нашей планете.
Путь к решению этой задачи открыл так называемый эффект электронного парамагнитного резонанса-ЭПР. Оказалось, что электронное облако атома изучаемого вещества можно "сплющить", наложив на него сильное магнитное поле. И тогда оно будет поглощать радиоволны только какой-то одной частоты, а другие будут проходить через него беспрепятственно. Иными словами, атомы как бы настраивались на прием определенной волны, как колебательный контур в радиоприемнике...
На этом эффекте и были созданы приборы, позволяющие обнаружить ничтожные примеси. В их камеру-резонатор помещали изучаемое вещество и облучали радиоволнами той длины, на которую были "настроены" атомы примесей. По тому, как в результате поглощения падала мощность излучения, и определялось их количество. Беда лишь в том, что этот метод позволял "ловить" примеси в виде отдельных атомов, в лучшем случае-двух- или трехатомных молекул. На более крупные образования его чувствительности уже не хватало. А большинство примесей, интересующих ученых и производственников, представляют собой многоатомные молекулы. Как научиться "опознавать" и их?
За решение этой задачи взялись сотрудники лаборатории химической радиоспектроскопии Института химической физики Академии наук СССР во
главе с профессором Я. Лебедевым. В качестве источника излучения они решили применить лазер, работающий на инфракрасных и субмиллиметровых волнах. Именно в этом диапазоне многоатомные молекулы заявили о себе, что называется, во весь голос. Лазерный спектрометр позволял точно оценить количество не только многоатомных молекул, но и радикалов химически активных "осколков".
- А потом возникла идея объединить преимущество обоих методов лазерного и электронного парамагнитного,- говорит профессор Я. Лебедев.- Она воплотилась в установке, которая позволяет не только определять количество атомов и молекул примеси, но и нагревать лучом лазера всю смесь, любой из ее компонентов или только поверхность вещества. В ней можно разрушать или "штопать" молекулы. И даже прямо воздействовать на химию процесса.
Чувствительность нового прибора фантастическая: он может "поймать" одну молекулу примеси, спрятавшуюся в миллиарде (!) молекул основного вещества. Такое не по силам даже собаке с ее прославленным нюхом.
ЗЕРКАЛА ВМЕСТО ЛУНЫ
Что ни говорите, а в темноте человек чувствует себя не очень уютно. Поэтому и горят миллионы ламп в ночное время всюду, где живут люди. Ученые предлагают использовать для ночного освещения городов зеркала, размещенные на спутниках. Эти спутники должны находиться на
ной орбите, то есть как бы висеть над определенным местом нашей планеты. Зеркала смогут отражать во много раз больше солнечного света, чем Луна. Размер этих зеркал чуть меньше километра в диаметре. С помощью ЭВМ будут управлять их наклоном и тем самым менять освещаемую площадь. Зеркала можно изготовить из пластмассы, покрытой алюминием, и выводить в сложенном виде на орбиту на борту космического корабля. После отделения от корабля зеркала раскроются как зонтики. Правда, перед тем, как приступить к осуществлению проекта, необходимо изучить возможные влияния такого освещения на человека и животных, чем сейчас и занимаются ученые.
ГЕМОГЛОБИНОВАЯ ГУБКА
Изобретены искусственные подводные легкие для получения из морской воды кислорода. Прибор, получивший название "гемоспандж" (в дословном переводе - "гемоглобиновая губка"), представляет собой полимер, пропитанный молекулами гемоглобина, то есть красного дыхательного пигмента крови, который связывает кислород и переносит его от органов дыхания к тканям. Гемоспандж, как и губка, обладает очень большой поверхностью, поэтому значительное количество гемоглобина приходит в соприкосновение с протекающей через прибор водой. Расчеты показывают, что труба диаметром около метра и длиною девять метров, наполненная гемоспанджем, может под водой обеспечить кислородом 150 человек.
АЛЮМИНИЙ ДЛЯ СЕЛА
Рассказывает академик А. Белов
ФАНТАСТИЧЕСКИЙ РОСТ
Значительную часть своих сил наш Всесоюзный институт легких сплавов направляет на создание совершенных технологий получения и обработки алюминия, изыскание наиболее эффективных областей и способов применения его в народном хозяйстве.
1986 год - год 100-летия алюминия как промышленного металла. Уместно в связи с этим напомнить некоторые факты из истории его применения.
В свободном виде алюминий был получен в 1825 году. И в течение почти 60 лет он оставался редким, драгоценным металлом, не имеющим никакого промышленного применения. Так, в 1854-1855 годах было изготовлено всего 25 килограммов алюминия по цене около 45 рублей золотом за килограмм. Лишь с 1886 года, когда одновременно и независимо друг от друга французский металлург П. Эру и американский физик Ч. Холл предложили способ получения алюминия электролизом криолитно-глиноземных расплавов, начало развиваться его промышленное производство. Уже в 1890 году было получено несколько сотен тонн алюминия. К настоящему времени годовой выпуск его в мире увеличился в 75 тысяч раз! История не знает таких темпов вторжения в жизнь какого-либо другого промышленного металла. По объему производства алюминий сегодня занимает второе место
после стали. Но можно предположить, что, когда удастся полностью решить энергетическую проблему и энергия перестанет быть дефицитной, алюминий выйдет на первое место и возьмет на себя роль главного металла цивилизации. К тому есть ряд оснований.
Начнем с того, что запасы алюминия практически неисчерпаемы: по распространенности в природе он занимает третье место среди всех элементов и первое среди металлов - 8,8 процента от массы земной коры; это примерно в 2 раза больше, чем железа, и в 2500 раз больше, чем меди.
Сплавы на основе алюминия, которые содержат 4-6 процентов легирующих элементов, обладают замечательными физическими и механическими свойствами (в дальнейшем для краткости будем говорить "алюминий", имея в виду его различные сплавы). Малая плотность у них сочетается с высокой прочностью. Благодаря этому по удельной прочности (отношение прочности материала к его плотности) они раз в пять превосходят конструкционную сталь. Именно поэтому алюминий стал одним из основных конструкционных материалов, применение которого позволяет значительно уменьшить массу изделия. Естественно, что первой и главной областью, где алюминий оказался вне конкуренции, стала авиация. Затем его начали использовать в ракетостроении, а в последние годы, когда в транспортном машиностроении повышению весовой отдачи конструкции на единицу затрачиваемой энергии двигателя стало придаваться все большее значение, и в производстве автомобилей, тракторов, вагонов.
От других металлов и сплавов, имеющих высокие механические свойства, алюминий выгодно отличается тем, что очень хорошо обрабатывается давлением, резанием. Например, в результате только одной операции прессования удается получить любую форму профиля - точного по размерам,
сткого, прочного и экономичного. Использование профилей из алюминиезых сплавов открыло перед строителями возможность создания оптимальных конструкций стеновых панелей, подвесных потолков, дверных блоков, оконных рам и других элементов. Такие конструкции легки, прочны, стоимость сборочных работ минимальна; алюминию с помощью электрохимической и других видов обработки легко придать декоративный вид. Все это в сочетании с высокой коррозионной стойкостью и долговечностью алюминия определило его широкое применение в строительстве. Ныне в мире для этих целей ежегодно расходуется более 2 миллионов тонн алюминия.
ПОТЕРИ ПРОДУКЦИИ - ДО МИНИМУМА
В последние годы алюминий стал интенсивно использоваться и в различных сферах агропромышленного комплекса. В отношении санитарных норм и некоторых других специфических требований, предъявляемых к конструкционным материалам, он оказался здесь самым подходящим. Алюминий устойчив к воздействию воды, солнца; он не только гигиеничен и нетоксичен (мы ведь без опасения пользуемся алюминиевой посудой), но и легко дезинфицируется и при этом не подвергается коррозии.
Особо перспективен он для сооружения зернохранилищ.
На уборку зерна направляется армада современной сельскохозяйственной техники, поэтому убирают его быстро, потери при этом невелики. Но вот зерно поступает в хранилища. В большинстве из них оно, постепенно расходуясь, находится в среднем около 4-5 месяцев. Зерно - живой организм. При хранении оно поглощает и выделяет влагу и ряд весьма активных веществ, подвержено воздействию бактерий; надо беречь зерно от плесневых грибков, насекомых и грызунов, считаться с тем, что в определенных условиях
оно может саморазогреваться, что ухудшает его качество.
Материал, из которого строят хранилища, должен длительно (как минимум 40-50 лет) противостоять коррозии, обеспечивать нужный режим хранения, легко очищаться и дезинфицироваться. Конструкция должна работать хорошо и надежно в жару и холод, под дождем и снегом, быть высокомеханизированной и не требовать применения ручного труда. Крупносерийное строительство зернохранилищ на обширной территории нашей страны осложняется разнообразием климатических зон, а также тем, что многие хозяйства значительно удалены от железных дорог и дорог с твердым покрытием.
Особенно актуальна проблема сохранности зерна для самого сельского хозяйства, где остается значительная часть урожая в виде семенного и фуражного фонда. Нередко сохранность зерна в колхозах и совхозах полностью зависит от погодных условий, традиционно суровых и неблагоприятных на значительной части нашей страны.
Сегодня у нас емкостей для внутрихозяйственного хранения зерна, которые бы полностью решали проблемы сохранности урожая, не требовали бы больших затрат труда на сооружение, а затем эксплуатацию и отвечали бы всем перечисленным условиям, недостаточно. В результате народному хозяйству наносится немалый ущерб. Это не только физически потерянные тонны зерна, но и снижение его качества из-за неудовлетворительных условий хранения.
Сейчас сложилась диспропорция между высоким уровнем механизации уборки и обработки зерновых и их хранением. Поэтому одну из основных задач Продовольственной программы - увеличение производства зерна - нужно решать, не только повышая урожайность, но и сокращая его потери, в особенности при хранении. До последнего времени
нилища сооружались в основном из железобетона. Но если и дальше поступать таким образом, то быстро решить проблему полного сохранения всего урожая мы не сможем. Строительство из железобетона сравнительно небольших хранилищ вместимостью по 1500- 3000 тонн зерна, а именно такие нужны большинству хозяйств, дорого и неэкономично, связано с большими затратами труда. Поэтому возведение хранилищ в условиях сельской местности растягивается нередко на годы. Велики и потребности в материалах, например: на каждую тонну хранимого зерна - около тонны железобетона, в том числе 20-25 килограммов арматурной стали.
Эффективно решить эту задачу можно, лишь используя новые конструкции хранилищ - из облегченных строительных элементов - и индустриальные методы монтажа. Наиболее полно всем этим требованиям отвечают цельнометаллические конструкции. Встает вопрос: из какого же металла строить хранилища? Очевидно, что могут рассматриваться только два конструкционных металла: сталь и алюминий. Но сталь годится лишь в защищенном от коррозии виде, например, оцинкованная. При нарастающем дефиците цинка невозможно выделять ежегодно в течение ряда лет столько листового оцинкованного проката, сколько необходимо для создания недостающих емкостей хранения.
Алюминиевые конструкции не только прочны и легки - они без всяких покрытий стойки к коррозии. Высокие отражательная способность и теплопроводность алюминия уменьшают опасность конденсации влаги, способствуют нормальному режиму хранения; благодаря гладкости алюминия значительно меньше собирается пыли на стенках хранилища.
Расход алюминия на тонну хранимого зерна составляет лишь 6-9 килограммов. Чтобы построить в хозяйстве хранилище, скажем, на 500 тонн зерна, достаточно доставить на место
тельства всего 4 тонны алюминиевых ] конструкций; значит, можно обойтись рейсом одного КамАЗа, что немаловажно, если ставить хранилище рядом с полем. А для сооружения такого же по емкости хранилища из железобетона придется привезти около 500 тонн железобетонных элементов, причем масса многих из них достигает 8 тонн. Для работы с такими элементами нужна мощная грузоподъемная техника, а для их доставки - дороги с твердым покрытием и десятки грузовиков, которые сделают по нескольку рейсов.
С переходом на строительство металлических зернохранилищ село получает возможность приобрести хранилище, так же как сегодня оно приобретает трактор или комбайн, максимальной заводской готовности, высокого качества при минимуме собственных трудовых затрат.
Первое наше алюминиевое зерно- ', хранилище общей емкостью 1500 тонн '. было спроектировано и изготовлено ВИЛСом совместно с Всесоюзным научно-исследовательским институтом механизации сельского хозяйства. Хранилище построили в латвийском колхозе "Адажи". Основной элемент хранилища-алюминиевая цилиндрическая башня-силос диаметром 6 метров и высотой 11 метров. Толщина стенки цилиндрической части силоса всего 3 миллиметра, то есть по отношению к диаметру он представляет собой конструкцию даже более тонкостенную, чем, например, папиросная гильза. Шесть таких силосов (на 250 тонн зерна каждый), связанных воедино технологической системой загрузки и выгрузки, образуют зернохранилище.
Хранилище поступает на строительную площадку прямо с металлургического завода уже готовое на 80 процентов. Силосы изготавливаются в полевых условиях - спиральной навивкой алюминиевых полос, свернутых в ру' лоны. Делается это с помощью несложной и компактной передвижной установки. Навивка оболочки силоса
мает всего 3-4 часа, при этом соседние витки надежно скрепляются замковым соединением.
Готовый к эксплуатации силос бригада из пяти человек сдает, как говорится, "под ключ" менее чем за 100 часов. Все технологические операции загрузки, выгрузки, контроля режимов в зернохранилище полностью механизированы.
Опыты и расчеты показывают, что по сравнению с железобетонными хранилищами алюминиевые силосы намного экономичнее: по трудоемкости возведения - в 20 раз, расходу бетона (он идет лишь на облегченный кольцевой фундамент) - в 5 раз, по расходу металла - на 50 процентов.
Что же даст широкое развертывание строительства алюминиевых хранилищ зерна непосредственно в зонах его производства?
Прежде всего резко сократятся перевозки зерна, высвободится большое количество автотранспорта, уменьшатся простои комбайнов с наполненными бункерами. А ведь сейчас значительная часть стоимости товарного зерна падает на транспортные расходы.
Наличие в хозяйствах своих зернохранилищ будет способствовать повышению качества зерна, устранит излишнюю спешку при уборке урожая, ликвидирует потери, связанные со сдачей зерна низких кондиций, позволит создать надежную кормовую базу. Хозяйства смогут успешно решать задачу ассортимента зерновых, требующих раздельного хранения. Появится возможность высвободившийся при уборке зерновых автотранспорт мобилизовать на уборку ряда технических культур, собираемых в то же время.
И наконец, самое главное - если все убираемое зерно будет закладываться в современные хранилища, страна увеличит свой зерновой фонд на величину, Ровную урожаю со многих миллионов "ектаров пашни.
Конечно, сооружение необходимого числа зернохранилищ-крупнейшая
задача государственного масштаба; ее решение потребует больших капитальных вложений и затрат труда. Сделать это максимально быстро и наиболее экономично можно только с использованием алюминия.
Преимущества зернохранилищ из алюминия в не меньшей степени распространяются и на хранилища для других пищевых продуктов. Например, уже сделали проект первого в стране картофелехранилища вместимостью 5000 тонн клубней, в котором широко использованы алюминиевые конструкции. Это резко снизит стоимость его сооружения и, в частности, вдвое уменьшит трудоемкость строительных работ, в 4 раза сократит их сроки, а главное, улучшит сохранность продукции. По данным ВАСХНИЛ, а также из опыта наших коллег из ГДР современное охлаждаемое алюминиевое картофелехранилище позволяет снизить потери клубней в 3 раза и более. В объеме всей страны перевод на такие совершенные способы хранения был бы равносилен увеличению производства картофеля на многие миллионы тонн. Конечно, все преимущества алюминиевых картофелехранилищ распространяются также и на алюминиевые специализированные помещения для хранения овощей и фруктов.
ЛЕГКИЕ, ПРОЧНЫЕ, ДОЛГОВЕЧНЫЕ
Известно, какой значительный эффект в повышении урожайности дает поливное земледелие. Посевы зерновых на поливе обеспечивают прирост урожая с 1 гектара по сравнению с неорошаемыми землями на 20-25 центнеров и выше. При орошении посевов сахарной свеклы урожайность может быть повышена вдвое. Производство кормов на культурных орошаемых пастбищах также возрастает в несколько раз; существенно увеличивается и продуктивность животноводства. Полив эффективен и на целине, и в Средней Азии, и в европейской части страны.
264
265
Основной конструктивный элемент ирригационных систем -трубопроводы наземного и подземного заложения, временные переносные сети из труб или транспортируемые дождевальные машины. До последнего времени ирригационные трубы делались преимущественно из стали. Они тяжелы, их трудно монтировать и перевозить. Кроме того, трубы быстро ржавеют и выходят из строя.
Естественно, эти обстоятельства сдерживают развитие поливного земледелия, снижают его эффективность.
Использование алюминия в качестве материала для труб позволяет в несколько раз снизить их вес. И как следствие - трудоемкость монтажа алюминиевого трубопровода в 5-6 раз ниже, чем стального. Благодаря гладкости внутренней поверхности алюминиевых труб мощность насосных агрегатов снижается на 15-20 процентов. К этому следует добавить, что ирригационные трубопроводы из алюминиевых сплавов, более устойчивых к коррозии, чем сталь, можно использовать для подачи на поля не только минеральных удобрений, но и стоков животноводческих ферм.
Научно-производственное объединение "Радуга" и ВИЛС совместно разработали опытный образец поливодождевального двухконсольного агрегата с алюминиевой фермой. Такая машина предназначена для комбинированного полива сельскохозяйственны" культур в зонах Поволжья, юга Украины, Северного Кавказа и других. Применение алюминия позволило удлинить консоли и таким образом расширить одновременно поливаемую полосу до 150 метров (против 110) и увеличить количество подаваемой воды, что обеспечит высокую производительность машины. Другой пример. Использование алюминиевых сплавов в широкозахватной дождевальной машине "Фрегат" даст возможность уменьшить массу конструкции
но на 5 тонн и значительно снизить удельные нагрузки на грунт.
Увеличение выпуска ирригационных алюминиевых труб, расширение географии их применения принесут немалую пользу. Например, в районах Средней Азии использование легких магистральных труб большого диаметра вместо открытых каналов позволит экономить дефицитную воду и строго дозировать полив. Расчеты, сделанные с учетом долговечности алюминиевых труб, применительно к орошению посевов зерновых в засушливых районах показывают, что каждая тонна алюминия, использованная в ирригационных сооружениях, позволит ежегодно в течение 10 лет получать дополнительно несколько десятков тонн зерна.
ЭКОНОМИЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
В улучшении круглогодичного снабжения населения свежими овощами большая роль в Продовольственной программе отводится теплицам. Урожай овощей в них в 10-12 раз больше, чем в незащищенном грунте, и практически не зависит от сезона. Это результат высокой культуры земледелия, использования современных достижений науки и техники. Оптимально подобранные конструкции и оборудование теплицы создают наиболее подходящие для растений природно-климатические условия. 1
Один из основных факторов успеш1 ного выращивания овощей-достаточное количество световой энергии. Уровень естественной освещенности в теплицах, как правило, на 30-40 процентов ниже, чем под открытым небом. Вот почему особое значение имеет правильное использование естественного освещения. Добиться прогресса здес^
Х можно за счет усовершенствование . конструкции ограждающих степ f 1 покрытий теплицы, использовав дл^ . этих целей алюминий. Кроме того? , лучшая освещенность достигается м,
Х вследствие высокой отражательно^
способности алюминия: 80 процентов против 40 у оцинкованной стали.
Есть у алюминиевых конструкций и другие преимущества: менее трудоемок монтаж, они более долговечны, просто и дешево решается задача герметизации стыков стекла.
Способ остекления теплиц в значительной степени влияет на расходы по их отоплению. А ведь они достигают 30 процентов от всех эксплуатационных затрат. В теплицах с ограждением, сделанным из стали, стекла устанавливаются на мастике. Как правило, это не обеспечивает хорошей герметизации, из-за чего теряется почти треть тепла. Кроме того, каждые два года стекла необходимо герметизировать заново.
Переход на алюминиевую конструкцию ограждения в корне меняет дело, так как форма алюминиевых профилей дает возможность применить надежную и дешевую систему герметизации. По данным трехлетней эксплуатации алюминиевых теплиц в совхозе "Московский", расход газа на их отопление снижен на 25 процентов по сравнению с традиционными теплицами. Анализ показал, что в зависимости от принятой схемы сооружения теплиц, величины пролета и конструкции ограждения годовой экономический эффект от применения алюминия при возведении и эксплуатации теплиц площадью, скажем, 1000 гектаров составит 10-15 миллионов рублей.
Металлурги разработали технологию и освоили производство новых профилей, форма которых наилучшим образом соответствует рациональному креплению стекла и герметизации стыков. Выбранный сплав позволяет прессовать профили с максимальными скоростями. После прессования сплав закаливается на воздухе, и поэтому не нужно специальное оборудование для , термической обработки профилей. все это определило их высокую эко- , номичность.
) ДЛЯ КОНСЕРВИРОВАНИЯ
1 Большие количества овощей, фрук. тов, мясных, молочных и рыбных продуктов, разнообразных напитков и . соков в мировой практике консервируются в алюминиевых банках. Материал для их изготовления - тонкий алюминиевый лакированный лист, который по сравнению с покрытой оловом жестью недефицитен.
Применение алюминиевых консервных банок дает народному хозяйству много выгод. Экономится остродефицитное олово. На одну банку из жести его идет всего 2 грамма. Но если пересчитать расход на огромную массу консервируемых продуктов, которые мы выпускаем (а должны выпускать еще больше), то получится, что при переходе на алюминиевые банки будет ежегодно сэкономлено около 7 тысяч тонн олова. Алюминиевая тара примерно в 2,5 раза легче, и поэтому уменьшаются транспортные расходы. Но особенно важно то, что становится возможным переработать и сохранить на месте производства большое количество скоропортящихся продуктов, так как нет ограничений для производства алюминиевого листа на практически любое количество банок. Для изготовления, скажем, 10 миллиардов консервных банок потребуется около 300 тысяч тонн алюминия. В таком количестве тары можно надежно упаковать и сохранить примерно 3,5 миллиона тонн ценных продовольственных товаров.
При создании высокоэффективной автоматизированной линии по производству тонкого алюминиевого листа сотрудники ВИЛСа и Куйбышевского металлургического завода имени В. И. Ленина совместно с рядом других организаций провели большую работу по выбору композиции сплава, которая ,была бы наиболее стойкой при длительном хранении консервов; по определению защитных пленок, наносимых на лист в условиях весьма высоких
7
"Только одно чувство-обоняние, иными словами, определение и обнаружение небольших примесей органического вещества, у животных более совершенно, чем у существующих приборов. Догнать обоняние собаки - одна из проблем физики будущего" - так сформулировал одну из сложнейших задач науки выдающийся советский ученый академик Петр Леонидович Капица.
За этой задачей стояло не просто стремление превзойти природу. Во многих областях современной техники - в электронике, радиотехнике, химии - требуются вещества уникальной
чистоты: в них на многие миллионы собственных атомов допускается присутствие лишь одного атома примесей. А на другом полюсе задачи проблемы здравоохранения, охраны окружающей среды. Как, например, бороться с ничтожными количествами химических веществ, которые выделяют в воздух и растения, и машины, и строительные материалы? Ведь именно эти вещества нередко срабатывают как спусковой крючок аллергических заболеваний, широко распространенных сейчас на нашей планете.
Путь к решению этой задачи открыл так называемый эффект электронного парамагнитного резонанса-ЭПР. Оказалось, что электронное облако атома изучаемого вещества можно "сплющить", наложив на него сильное магнитное поле. И тогда оно будет поглощать радиоволны только какой-то одной частоты, а другие будут проходить через него беспрепятственно. Иными словами, атомы как бы настраивались на прием определенной волны, как колебательный контур в радиоприемнике...
На этом эффекте и были созданы приборы, позволяющие обнаружить ничтожные примеси. В их камеру-резонатор помещали изучаемое вещество и облучали радиоволнами той длины, на которую были "настроены" атомы примесей. По тому, как в результате поглощения падала мощность излучения, и определялось их количество. Беда лишь в том, что этот метод позволял "ловить" примеси в виде отдельных атомов, в лучшем случае-двух- или трехатомных молекул. На более крупные образования его чувствительности уже не хватало. А большинство примесей, интересующих ученых и производственников, представляют собой многоатомные молекулы. Как научиться "опознавать" и их?
За решение этой задачи взялись сотрудники лаборатории химической радиоспектроскопии Института химической физики Академии наук СССР во
главе с профессором Я. Лебедевым. В качестве источника излучения они решили применить лазер, работающий на инфракрасных и субмиллиметровых волнах. Именно в этом диапазоне многоатомные молекулы заявили о себе, что называется, во весь голос. Лазерный спектрометр позволял точно оценить количество не только многоатомных молекул, но и радикалов химически активных "осколков".
- А потом возникла идея объединить преимущество обоих методов лазерного и электронного парамагнитного,- говорит профессор Я. Лебедев.- Она воплотилась в установке, которая позволяет не только определять количество атомов и молекул примеси, но и нагревать лучом лазера всю смесь, любой из ее компонентов или только поверхность вещества. В ней можно разрушать или "штопать" молекулы. И даже прямо воздействовать на химию процесса.
Чувствительность нового прибора фантастическая: он может "поймать" одну молекулу примеси, спрятавшуюся в миллиарде (!) молекул основного вещества. Такое не по силам даже собаке с ее прославленным нюхом.
ЗЕРКАЛА ВМЕСТО ЛУНЫ
Что ни говорите, а в темноте человек чувствует себя не очень уютно. Поэтому и горят миллионы ламп в ночное время всюду, где живут люди. Ученые предлагают использовать для ночного освещения городов зеркала, размещенные на спутниках. Эти спутники должны находиться на
ной орбите, то есть как бы висеть над определенным местом нашей планеты. Зеркала смогут отражать во много раз больше солнечного света, чем Луна. Размер этих зеркал чуть меньше километра в диаметре. С помощью ЭВМ будут управлять их наклоном и тем самым менять освещаемую площадь. Зеркала можно изготовить из пластмассы, покрытой алюминием, и выводить в сложенном виде на орбиту на борту космического корабля. После отделения от корабля зеркала раскроются как зонтики. Правда, перед тем, как приступить к осуществлению проекта, необходимо изучить возможные влияния такого освещения на человека и животных, чем сейчас и занимаются ученые.
ГЕМОГЛОБИНОВАЯ ГУБКА
Изобретены искусственные подводные легкие для получения из морской воды кислорода. Прибор, получивший название "гемоспандж" (в дословном переводе - "гемоглобиновая губка"), представляет собой полимер, пропитанный молекулами гемоглобина, то есть красного дыхательного пигмента крови, который связывает кислород и переносит его от органов дыхания к тканям. Гемоспандж, как и губка, обладает очень большой поверхностью, поэтому значительное количество гемоглобина приходит в соприкосновение с протекающей через прибор водой. Расчеты показывают, что труба диаметром около метра и длиною девять метров, наполненная гемоспанджем, может под водой обеспечить кислородом 150 человек.
АЛЮМИНИЙ ДЛЯ СЕЛА
Рассказывает академик А. Белов
ФАНТАСТИЧЕСКИЙ РОСТ
Значительную часть своих сил наш Всесоюзный институт легких сплавов направляет на создание совершенных технологий получения и обработки алюминия, изыскание наиболее эффективных областей и способов применения его в народном хозяйстве.
1986 год - год 100-летия алюминия как промышленного металла. Уместно в связи с этим напомнить некоторые факты из истории его применения.
В свободном виде алюминий был получен в 1825 году. И в течение почти 60 лет он оставался редким, драгоценным металлом, не имеющим никакого промышленного применения. Так, в 1854-1855 годах было изготовлено всего 25 килограммов алюминия по цене около 45 рублей золотом за килограмм. Лишь с 1886 года, когда одновременно и независимо друг от друга французский металлург П. Эру и американский физик Ч. Холл предложили способ получения алюминия электролизом криолитно-глиноземных расплавов, начало развиваться его промышленное производство. Уже в 1890 году было получено несколько сотен тонн алюминия. К настоящему времени годовой выпуск его в мире увеличился в 75 тысяч раз! История не знает таких темпов вторжения в жизнь какого-либо другого промышленного металла. По объему производства алюминий сегодня занимает второе место
после стали. Но можно предположить, что, когда удастся полностью решить энергетическую проблему и энергия перестанет быть дефицитной, алюминий выйдет на первое место и возьмет на себя роль главного металла цивилизации. К тому есть ряд оснований.
Начнем с того, что запасы алюминия практически неисчерпаемы: по распространенности в природе он занимает третье место среди всех элементов и первое среди металлов - 8,8 процента от массы земной коры; это примерно в 2 раза больше, чем железа, и в 2500 раз больше, чем меди.
Сплавы на основе алюминия, которые содержат 4-6 процентов легирующих элементов, обладают замечательными физическими и механическими свойствами (в дальнейшем для краткости будем говорить "алюминий", имея в виду его различные сплавы). Малая плотность у них сочетается с высокой прочностью. Благодаря этому по удельной прочности (отношение прочности материала к его плотности) они раз в пять превосходят конструкционную сталь. Именно поэтому алюминий стал одним из основных конструкционных материалов, применение которого позволяет значительно уменьшить массу изделия. Естественно, что первой и главной областью, где алюминий оказался вне конкуренции, стала авиация. Затем его начали использовать в ракетостроении, а в последние годы, когда в транспортном машиностроении повышению весовой отдачи конструкции на единицу затрачиваемой энергии двигателя стало придаваться все большее значение, и в производстве автомобилей, тракторов, вагонов.
От других металлов и сплавов, имеющих высокие механические свойства, алюминий выгодно отличается тем, что очень хорошо обрабатывается давлением, резанием. Например, в результате только одной операции прессования удается получить любую форму профиля - точного по размерам,
сткого, прочного и экономичного. Использование профилей из алюминиезых сплавов открыло перед строителями возможность создания оптимальных конструкций стеновых панелей, подвесных потолков, дверных блоков, оконных рам и других элементов. Такие конструкции легки, прочны, стоимость сборочных работ минимальна; алюминию с помощью электрохимической и других видов обработки легко придать декоративный вид. Все это в сочетании с высокой коррозионной стойкостью и долговечностью алюминия определило его широкое применение в строительстве. Ныне в мире для этих целей ежегодно расходуется более 2 миллионов тонн алюминия.
ПОТЕРИ ПРОДУКЦИИ - ДО МИНИМУМА
В последние годы алюминий стал интенсивно использоваться и в различных сферах агропромышленного комплекса. В отношении санитарных норм и некоторых других специфических требований, предъявляемых к конструкционным материалам, он оказался здесь самым подходящим. Алюминий устойчив к воздействию воды, солнца; он не только гигиеничен и нетоксичен (мы ведь без опасения пользуемся алюминиевой посудой), но и легко дезинфицируется и при этом не подвергается коррозии.
Особо перспективен он для сооружения зернохранилищ.
На уборку зерна направляется армада современной сельскохозяйственной техники, поэтому убирают его быстро, потери при этом невелики. Но вот зерно поступает в хранилища. В большинстве из них оно, постепенно расходуясь, находится в среднем около 4-5 месяцев. Зерно - живой организм. При хранении оно поглощает и выделяет влагу и ряд весьма активных веществ, подвержено воздействию бактерий; надо беречь зерно от плесневых грибков, насекомых и грызунов, считаться с тем, что в определенных условиях
оно может саморазогреваться, что ухудшает его качество.
Материал, из которого строят хранилища, должен длительно (как минимум 40-50 лет) противостоять коррозии, обеспечивать нужный режим хранения, легко очищаться и дезинфицироваться. Конструкция должна работать хорошо и надежно в жару и холод, под дождем и снегом, быть высокомеханизированной и не требовать применения ручного труда. Крупносерийное строительство зернохранилищ на обширной территории нашей страны осложняется разнообразием климатических зон, а также тем, что многие хозяйства значительно удалены от железных дорог и дорог с твердым покрытием.
Особенно актуальна проблема сохранности зерна для самого сельского хозяйства, где остается значительная часть урожая в виде семенного и фуражного фонда. Нередко сохранность зерна в колхозах и совхозах полностью зависит от погодных условий, традиционно суровых и неблагоприятных на значительной части нашей страны.
Сегодня у нас емкостей для внутрихозяйственного хранения зерна, которые бы полностью решали проблемы сохранности урожая, не требовали бы больших затрат труда на сооружение, а затем эксплуатацию и отвечали бы всем перечисленным условиям, недостаточно. В результате народному хозяйству наносится немалый ущерб. Это не только физически потерянные тонны зерна, но и снижение его качества из-за неудовлетворительных условий хранения.
Сейчас сложилась диспропорция между высоким уровнем механизации уборки и обработки зерновых и их хранением. Поэтому одну из основных задач Продовольственной программы - увеличение производства зерна - нужно решать, не только повышая урожайность, но и сокращая его потери, в особенности при хранении. До последнего времени
нилища сооружались в основном из железобетона. Но если и дальше поступать таким образом, то быстро решить проблему полного сохранения всего урожая мы не сможем. Строительство из железобетона сравнительно небольших хранилищ вместимостью по 1500- 3000 тонн зерна, а именно такие нужны большинству хозяйств, дорого и неэкономично, связано с большими затратами труда. Поэтому возведение хранилищ в условиях сельской местности растягивается нередко на годы. Велики и потребности в материалах, например: на каждую тонну хранимого зерна - около тонны железобетона, в том числе 20-25 килограммов арматурной стали.
Эффективно решить эту задачу можно, лишь используя новые конструкции хранилищ - из облегченных строительных элементов - и индустриальные методы монтажа. Наиболее полно всем этим требованиям отвечают цельнометаллические конструкции. Встает вопрос: из какого же металла строить хранилища? Очевидно, что могут рассматриваться только два конструкционных металла: сталь и алюминий. Но сталь годится лишь в защищенном от коррозии виде, например, оцинкованная. При нарастающем дефиците цинка невозможно выделять ежегодно в течение ряда лет столько листового оцинкованного проката, сколько необходимо для создания недостающих емкостей хранения.
Алюминиевые конструкции не только прочны и легки - они без всяких покрытий стойки к коррозии. Высокие отражательная способность и теплопроводность алюминия уменьшают опасность конденсации влаги, способствуют нормальному режиму хранения; благодаря гладкости алюминия значительно меньше собирается пыли на стенках хранилища.
Расход алюминия на тонну хранимого зерна составляет лишь 6-9 килограммов. Чтобы построить в хозяйстве хранилище, скажем, на 500 тонн зерна, достаточно доставить на место
тельства всего 4 тонны алюминиевых ] конструкций; значит, можно обойтись рейсом одного КамАЗа, что немаловажно, если ставить хранилище рядом с полем. А для сооружения такого же по емкости хранилища из железобетона придется привезти около 500 тонн железобетонных элементов, причем масса многих из них достигает 8 тонн. Для работы с такими элементами нужна мощная грузоподъемная техника, а для их доставки - дороги с твердым покрытием и десятки грузовиков, которые сделают по нескольку рейсов.
С переходом на строительство металлических зернохранилищ село получает возможность приобрести хранилище, так же как сегодня оно приобретает трактор или комбайн, максимальной заводской готовности, высокого качества при минимуме собственных трудовых затрат.
Первое наше алюминиевое зерно- ', хранилище общей емкостью 1500 тонн '. было спроектировано и изготовлено ВИЛСом совместно с Всесоюзным научно-исследовательским институтом механизации сельского хозяйства. Хранилище построили в латвийском колхозе "Адажи". Основной элемент хранилища-алюминиевая цилиндрическая башня-силос диаметром 6 метров и высотой 11 метров. Толщина стенки цилиндрической части силоса всего 3 миллиметра, то есть по отношению к диаметру он представляет собой конструкцию даже более тонкостенную, чем, например, папиросная гильза. Шесть таких силосов (на 250 тонн зерна каждый), связанных воедино технологической системой загрузки и выгрузки, образуют зернохранилище.
Хранилище поступает на строительную площадку прямо с металлургического завода уже готовое на 80 процентов. Силосы изготавливаются в полевых условиях - спиральной навивкой алюминиевых полос, свернутых в ру' лоны. Делается это с помощью несложной и компактной передвижной установки. Навивка оболочки силоса
мает всего 3-4 часа, при этом соседние витки надежно скрепляются замковым соединением.
Готовый к эксплуатации силос бригада из пяти человек сдает, как говорится, "под ключ" менее чем за 100 часов. Все технологические операции загрузки, выгрузки, контроля режимов в зернохранилище полностью механизированы.
Опыты и расчеты показывают, что по сравнению с железобетонными хранилищами алюминиевые силосы намного экономичнее: по трудоемкости возведения - в 20 раз, расходу бетона (он идет лишь на облегченный кольцевой фундамент) - в 5 раз, по расходу металла - на 50 процентов.
Что же даст широкое развертывание строительства алюминиевых хранилищ зерна непосредственно в зонах его производства?
Прежде всего резко сократятся перевозки зерна, высвободится большое количество автотранспорта, уменьшатся простои комбайнов с наполненными бункерами. А ведь сейчас значительная часть стоимости товарного зерна падает на транспортные расходы.
Наличие в хозяйствах своих зернохранилищ будет способствовать повышению качества зерна, устранит излишнюю спешку при уборке урожая, ликвидирует потери, связанные со сдачей зерна низких кондиций, позволит создать надежную кормовую базу. Хозяйства смогут успешно решать задачу ассортимента зерновых, требующих раздельного хранения. Появится возможность высвободившийся при уборке зерновых автотранспорт мобилизовать на уборку ряда технических культур, собираемых в то же время.
И наконец, самое главное - если все убираемое зерно будет закладываться в современные хранилища, страна увеличит свой зерновой фонд на величину, Ровную урожаю со многих миллионов "ектаров пашни.
Конечно, сооружение необходимого числа зернохранилищ-крупнейшая
задача государственного масштаба; ее решение потребует больших капитальных вложений и затрат труда. Сделать это максимально быстро и наиболее экономично можно только с использованием алюминия.
Преимущества зернохранилищ из алюминия в не меньшей степени распространяются и на хранилища для других пищевых продуктов. Например, уже сделали проект первого в стране картофелехранилища вместимостью 5000 тонн клубней, в котором широко использованы алюминиевые конструкции. Это резко снизит стоимость его сооружения и, в частности, вдвое уменьшит трудоемкость строительных работ, в 4 раза сократит их сроки, а главное, улучшит сохранность продукции. По данным ВАСХНИЛ, а также из опыта наших коллег из ГДР современное охлаждаемое алюминиевое картофелехранилище позволяет снизить потери клубней в 3 раза и более. В объеме всей страны перевод на такие совершенные способы хранения был бы равносилен увеличению производства картофеля на многие миллионы тонн. Конечно, все преимущества алюминиевых картофелехранилищ распространяются также и на алюминиевые специализированные помещения для хранения овощей и фруктов.
ЛЕГКИЕ, ПРОЧНЫЕ, ДОЛГОВЕЧНЫЕ
Известно, какой значительный эффект в повышении урожайности дает поливное земледелие. Посевы зерновых на поливе обеспечивают прирост урожая с 1 гектара по сравнению с неорошаемыми землями на 20-25 центнеров и выше. При орошении посевов сахарной свеклы урожайность может быть повышена вдвое. Производство кормов на культурных орошаемых пастбищах также возрастает в несколько раз; существенно увеличивается и продуктивность животноводства. Полив эффективен и на целине, и в Средней Азии, и в европейской части страны.
264
265
Основной конструктивный элемент ирригационных систем -трубопроводы наземного и подземного заложения, временные переносные сети из труб или транспортируемые дождевальные машины. До последнего времени ирригационные трубы делались преимущественно из стали. Они тяжелы, их трудно монтировать и перевозить. Кроме того, трубы быстро ржавеют и выходят из строя.
Естественно, эти обстоятельства сдерживают развитие поливного земледелия, снижают его эффективность.
Использование алюминия в качестве материала для труб позволяет в несколько раз снизить их вес. И как следствие - трудоемкость монтажа алюминиевого трубопровода в 5-6 раз ниже, чем стального. Благодаря гладкости внутренней поверхности алюминиевых труб мощность насосных агрегатов снижается на 15-20 процентов. К этому следует добавить, что ирригационные трубопроводы из алюминиевых сплавов, более устойчивых к коррозии, чем сталь, можно использовать для подачи на поля не только минеральных удобрений, но и стоков животноводческих ферм.
Научно-производственное объединение "Радуга" и ВИЛС совместно разработали опытный образец поливодождевального двухконсольного агрегата с алюминиевой фермой. Такая машина предназначена для комбинированного полива сельскохозяйственны" культур в зонах Поволжья, юга Украины, Северного Кавказа и других. Применение алюминия позволило удлинить консоли и таким образом расширить одновременно поливаемую полосу до 150 метров (против 110) и увеличить количество подаваемой воды, что обеспечит высокую производительность машины. Другой пример. Использование алюминиевых сплавов в широкозахватной дождевальной машине "Фрегат" даст возможность уменьшить массу конструкции
но на 5 тонн и значительно снизить удельные нагрузки на грунт.
Увеличение выпуска ирригационных алюминиевых труб, расширение географии их применения принесут немалую пользу. Например, в районах Средней Азии использование легких магистральных труб большого диаметра вместо открытых каналов позволит экономить дефицитную воду и строго дозировать полив. Расчеты, сделанные с учетом долговечности алюминиевых труб, применительно к орошению посевов зерновых в засушливых районах показывают, что каждая тонна алюминия, использованная в ирригационных сооружениях, позволит ежегодно в течение 10 лет получать дополнительно несколько десятков тонн зерна.
ЭКОНОМИЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
В улучшении круглогодичного снабжения населения свежими овощами большая роль в Продовольственной программе отводится теплицам. Урожай овощей в них в 10-12 раз больше, чем в незащищенном грунте, и практически не зависит от сезона. Это результат высокой культуры земледелия, использования современных достижений науки и техники. Оптимально подобранные конструкции и оборудование теплицы создают наиболее подходящие для растений природно-климатические условия. 1
Один из основных факторов успеш1 ного выращивания овощей-достаточное количество световой энергии. Уровень естественной освещенности в теплицах, как правило, на 30-40 процентов ниже, чем под открытым небом. Вот почему особое значение имеет правильное использование естественного освещения. Добиться прогресса здес^
Х можно за счет усовершенствование . конструкции ограждающих степ f 1 покрытий теплицы, использовав дл^ . этих целей алюминий. Кроме того? , лучшая освещенность достигается м,
Х вследствие высокой отражательно^
способности алюминия: 80 процентов против 40 у оцинкованной стали.
Есть у алюминиевых конструкций и другие преимущества: менее трудоемок монтаж, они более долговечны, просто и дешево решается задача герметизации стыков стекла.
Способ остекления теплиц в значительной степени влияет на расходы по их отоплению. А ведь они достигают 30 процентов от всех эксплуатационных затрат. В теплицах с ограждением, сделанным из стали, стекла устанавливаются на мастике. Как правило, это не обеспечивает хорошей герметизации, из-за чего теряется почти треть тепла. Кроме того, каждые два года стекла необходимо герметизировать заново.
Переход на алюминиевую конструкцию ограждения в корне меняет дело, так как форма алюминиевых профилей дает возможность применить надежную и дешевую систему герметизации. По данным трехлетней эксплуатации алюминиевых теплиц в совхозе "Московский", расход газа на их отопление снижен на 25 процентов по сравнению с традиционными теплицами. Анализ показал, что в зависимости от принятой схемы сооружения теплиц, величины пролета и конструкции ограждения годовой экономический эффект от применения алюминия при возведении и эксплуатации теплиц площадью, скажем, 1000 гектаров составит 10-15 миллионов рублей.
Металлурги разработали технологию и освоили производство новых профилей, форма которых наилучшим образом соответствует рациональному креплению стекла и герметизации стыков. Выбранный сплав позволяет прессовать профили с максимальными скоростями. После прессования сплав закаливается на воздухе, и поэтому не нужно специальное оборудование для , термической обработки профилей. все это определило их высокую эко- , номичность.
) ДЛЯ КОНСЕРВИРОВАНИЯ
1 Большие количества овощей, фрук. тов, мясных, молочных и рыбных продуктов, разнообразных напитков и . соков в мировой практике консервируются в алюминиевых банках. Материал для их изготовления - тонкий алюминиевый лакированный лист, который по сравнению с покрытой оловом жестью недефицитен.
Применение алюминиевых консервных банок дает народному хозяйству много выгод. Экономится остродефицитное олово. На одну банку из жести его идет всего 2 грамма. Но если пересчитать расход на огромную массу консервируемых продуктов, которые мы выпускаем (а должны выпускать еще больше), то получится, что при переходе на алюминиевые банки будет ежегодно сэкономлено около 7 тысяч тонн олова. Алюминиевая тара примерно в 2,5 раза легче, и поэтому уменьшаются транспортные расходы. Но особенно важно то, что становится возможным переработать и сохранить на месте производства большое количество скоропортящихся продуктов, так как нет ограничений для производства алюминиевого листа на практически любое количество банок. Для изготовления, скажем, 10 миллиардов консервных банок потребуется около 300 тысяч тонн алюминия. В таком количестве тары можно надежно упаковать и сохранить примерно 3,5 миллиона тонн ценных продовольственных товаров.
При создании высокоэффективной автоматизированной линии по производству тонкого алюминиевого листа сотрудники ВИЛСа и Куйбышевского металлургического завода имени В. И. Ленина совместно с рядом других организаций провели большую работу по выбору композиции сплава, которая ,была бы наиболее стойкой при длительном хранении консервов; по определению защитных пленок, наносимых на лист в условиях весьма высоких
7