Лазерные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность чрезвычайно тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии как в импульсном, так и в непрерывном режиме.
В таких технологических процессах применяют лазеры сравнительно невысокой средней мощности: это газовые лазеры импульсно-периодического действия, лазеры на кристаллах иттрий-алюминиевого граната с примесью неодима. С помощью последних были разработаны технология сверления тонких отверстий (диаметром 1 - 10 мкм и глубиной до 10 -100 мкм) в рубиновых и алмазных камнях для часовой промышленности и технология изготовления фильеров для протяжки тонкой проволоки. Основная область применения маломощных импульсных лазеров связана с резкой и сваркой миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности, с маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим выжиганием цифр, букв, изображений для нужд полиграфической промышленности.
Второй вид лазерной технологии основан на применении лазеров с большой средней мощностью: от 1 кВт и выше. Мощные лазеры используют в таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, наплавление и легирование крупногабаритных деталей, очистка зданий от поверхностей загрязнений, резка мрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сварке металлов достигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумных камер, как при электроннолучевой сварке, а это очень важно в конвейрном производстве.
Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности, промышленности строительных материалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, но и улучшить технико-экономические показатели производственных процессов. Так, скорость лазерной сварки стальных листов толщиной 14 мКм достигает 100 мч при расходе электроэнергии 10 кВт. ч.
Основным примером работы полупроводниковых лазеров является магнитно- оптический накопитель(МО).
МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера.
Область применения МО дисков определяется его высокими
характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим
для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как
САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа
к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с
критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких
задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для
МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно применяемых для
этих целей стримеров, при хранение резервной информации на МО дисках,
существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя.
Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости
полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти
достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации
делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и
более дорогим по сравнению со стримерами.
3. НОВЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА И ЭНЕРГИИ
Опыт прошлого свидетельствует, что проходит не менее 80 лет, прежде чем одни основные источники энергии заменяются другими - дерево заменил уголь, уголь - нефть, нефть - газ, химические виды топлива заменила атомная энергетика.
Атомная энергетика. История овладения атомной энергией началась в 1939 году, когда была открыта реакция деления урана. В 30-е годы нашего столетия известный ученый И.В. Курчатов обосновывал необходимость развития научно-практических работ в области атомной техники в интересах народного хозяйства страны.
В 1946 г. в России был сооружен и запущен первый на Европейско-
Азиатском континенте ядерный реактор. Создается уранодобывающая
промышленность. Организовано производство ядерного горючего – урана-235 и
плутония-239, налажен выпуск радиоактивных изотопов.
В 1954 г. начала работать первая в мире атомная станция в г. Обнинске, а через 3 года на океанские просторы вышло первое в мире атомное судно – ледокол «Ленин».
Начиная с 1970 г. во многих странах мира осуществляются масштабные программы развития ядерной энергетики. В настоящее время сотни ядерных реакторов работают по всему миру.
На сегодняшний день энергия атома широко используется во многих отраслях экономики. Строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.
В России имеется 9 атомных электростанций (АЭС), и практически все они расположены в густонаселенной европейской части страны. В 30-километровой зоне этих АЭС проживает более 4 млн. человек.
Атомные электростанции – третий «кит» в системе современной мировой энергетики. Техника АЭС, бесспорно, является крупным достижением НТП. В случае безаварийной работы атомные электростанции не производят практически никакого загрязнения окружающей среды, кроме теплового. Правда в результате работы АЭС (и предприятий атомного топливного цикла) образуются радиоактивные отходы, представляющие потенциальную опасность.
Однако объем радиоактивных отходов очень мал, они весьма компактны, и их можно хранить в условиях, гарантирующих отсутствие утечки наружу.
АЭС экономичнее обычных тепловых станций, а, самое главное, при правильной их эксплуатации – это чистые источники энергии.
Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.
Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира
произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности.
Наиболее характерные из них: в 1957 – в Уиндскейле (Англия), в 1959 г. – в
Санта-Сюзанне (США), в 1961 – в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 – на АЭС Три-
Майл-Айленд (США), в 1986 – на Чернобыльской АЭС (СССР).
Широкие перспективы появляются в случае применения АЭС с реакторами на
быстрых нейтронах, в которых используются практически весь добываемый уран.
Это означает, что потенциальные ресурсы ядерной энергетики с реакторами на
быстрых нейтронах примерно в 10 раз выше по сравнению с традиционной (на
органическом топливе). Больше того, при полном использовании урана
становится рентабельной его добыча и из очень бедных по концентрации
месторождений, которых довольно много на земном шаре. А это в конечном
счете означает практически неограниченное (по современным масштабам)
расширение потенциальных сырьевых ресурсов ядерной энергетики.
Ядерное топливо не может быть израсходовано в реакторе полностью.
Ядерная цепная реакция не может идти, если количество топлива в реакторе
меньше определенного значения, называемого критической массой.
Уран (плутоний) в количестве, составляющем критическую массу, не является топливом в собственном смысле этого слова. Он на время как бы превращается в некоторое инертное вещество наподобие железа или других конструкционных материалов, находящихся в реакторе. Выгорать может лишь та часть топлива, которая загружается в реактор сверх критической массы. Таким образом, ядерное топливо в количестве, равном критической массе, служит своеобразным катализатором процесса, обеспечивает возможность протекания реакции, не участвуя в ней.
Естественно, что топливо в количестве, составляющем критическую массу,
физически неотделимо в реакторе от выгорающего топлива. В тепловыделяющихся
элементах, загружаемых в реактор, с самого начала помещается топливо как
для создания критической массы, так и для выгорания.
Значение критической массы неодинаково для различных реакторов и в общем
случае относительно велико.
Так, для серийного отечественного энергетического блока с реактором на
тепловых нейтронах ВВЭР-440 (водо-водяной энергетический реактор мощностью
440 МВт) критическая масса U 235 составляет 700 кг. Это
соответствует количеству угля около 2 млн тонн. Иными словами,
применительно к электростанции на угле той же мощности это как бы означает
обязательное наличие при ней такого довольно значительного
неприкосновенного запаса угля. Ни один кг из этого запаса не расходуется и
не может быть израсходован, однако без него электростанция работать не
может.
Наличие такого крупного количества "замороженного" топлива, хотя и сказывается отрицательно на экономических показателях, но в силу реально сложившегося соотношения затрат для реакторов на тепловых нейтронах оказывается не слишком обременительным.
В качестве теплоносителя для теплоотвода из реакторов на быстрых нейтронах был выбран обладающий прекрасными теплофизическими и ядерно- физическими свойствами расплавленный натрий. Который позволил достичь высокой плотности тепловыделения.
Топливо, образующее критическую массу, становится непригодным для дальнейшего использования. Его приходится периодически извлекать из реактора и заменять свежим. Извлеченное топливо для восстановления первоначальных свойств должно подвергаться регенерации. В общем случае - это трудоемкий, длительный и дорогой процесс.
Но кроме совершенствования самого реактора перед учеными все время встают вопросы о совершенствовании системы безопасности на АЭС, а также изучение возможных способов переработки радиоактивных отходов, преобразования их в безопасные вещества. Речь идет о методах превращения стронция и цезия, имеющих большой период полураспада, в безвредные элементы путем бомбардировки их нейтронами или химическими способами.
С развитием промышленности – основного потребителя энергетической отрасли, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов, так называемые «нетрадиционные» источники энергии. К нетрадиционным источникам энергии относятся источник не применяемые для коммерческого производства, электрической и тепловой энергии – солнечная и геотермальная энергия, гидроэнергия приливов и отливов, ветряная и другие нетрадиционные источники.
Использование этих источников энергии вызвано необходимостью
значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как
часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в
морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. А также
экологическими проблемами, связанными с добычей энергетических ресурсов.
Склады нефтепродуктов и окружающие их территории подчас напоминают “города
мертвых”, а кадры кинохроники о плавающих в нефтяной пленке морских птицах
и животных тревожат не только Greenpeace.
