Полищук С.Е.
Научный руководитель Кушелев А.Ю.
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Цель исследований заключается в создании микроволнового источника энергии. Ее достижение основано на системе гипотез о кристаллоподобной структуре вакуума, названной нами наномиром. Под наномиром мы понимаем гипотетический носитель электромагнитных колебаний, линейные размеры элементов которого составляют 10-35 м. Термины "структура вакуума" и "наномир" используются нами как синонимы.
Наномир обладает внутренней энергией. Ее концентрация составляет 10114 Дж/м3, что превышает концентрацию энергии в кубометре ядерного топлива на 93 – 96 порядков.
Предполагается, что внутреннюю энергию наномира можно преобразовать в энергию СВЧ-колебаний с помощью высокодобротных проводящих и диэлектрических резонаторов специальной формы. Такие резонаторы были впервые разработаны в лаборатории "Наномир". Среди них можно отметить плоскогранные и кривогранные фигуры с осевой симметрией. Характерным представителем первой группы является прецизионная бриллиантовая огранка, второй группы – сфера, промодулированная винтовой спиралью. Общей особенностью этих форм является формирование системы стоячих электромагнитных волн, сдвинутых друг относительно друга по фазе. Предполагается, что такой сдвиг фаз позволяет создать градиент внутренней энергии наномира. В пучностях часть энергии вращения элементов наномира преобразовалась в энергию их колебаний. Следовательно, уровень внутренней энергии в окрестности пучности – ниже среднего. В области узлов, напротив, энергия вращения превышает средний уровень. Расположив узлы одной стоячей волны против пучностей другой стоячей волны, мы создаем условия для выравнивания скоростей вращения элементов наномира. В результате выравнивания часть энергии вращения преобразуется в колебания.
Основная трудность создания преобразователя энергии заключается в том, что в каждом цикле колебаний прирост энергии составляет примерно тысячную долю процента от запасенной резонатором электромагнитной энергии. В проведенных нами экспериментах, схемы которых изображены на рис. 1 и 2, исследуемые резонаторы возбуждались с помощью генератора качающейся частоты (ГКЧ). При этом анализировался сигнал-отклик. Процессы в резонаторе носили затухающий характер, т.к. потери энергии превышали ее прирост.
|
|
| Рис. 1 | Рис. 2 |
Примечание к рис. 1: при измерениях в диапазоне 8 мм использовался ГКЧ Г4-156, а в диапазоне 3 см – Р2-159. Примечание к рис. 2: такая схема использовалась при измерениях в диапазоне 8 мм. ГКЧ – Г4-156.
Снижение потерь ниже критического значения в 0.001 %, что соответствует добротности резонатора свыше 100 000, должно изменить характер процесса на незатухающий. Предполагается, что тогда резонатор станет преобразователем энергии наномира в энергию электромагнитных колебаний.
Эксперименты показали, что добротность зависит от качества поверхности и степени симметрии резонатора. Добротность может быть увеличена за счет снижения потерь энергии в материале и на излучение. Потери энергии в материале могут быть уменьшены за счет снижения температуры резонатора. Это достигалось, например, при охлаждении резонаторов жидким азотом. Потери на излучение могут быть уменьшены за счет увеличения угловой и линейной точности изготовления резонаторов. Мы рассчитываем снизить потери энергии до 0.001 % путем достижения угловой точности изготовления резонаторов в пределах 1…10 угловых секунд, а линейной – 0.1…10 микрон при размерах изделий, равных нескольким десяткам миллиметров. Из-за технических трудностей, связанных с выполнением изложенных требований, в проведенных экспериментальных исследованиях снизить потери энергии до 0.001 % пока не удалось, но решение данных проблем может дать ключ к получению принципиально новых экологически чистых источников энергии.
Для примера в таблице №1 представлены некоторые результаты измерений резонансных свойств линз из лейкосапфира в диапазонах 8 мм и 3 см при температуре 293 К.
Таблица №1.
| Линзы, диаметр 22 мм, высота 7.3 мм | Линзы, диаметр 57.4 мм, высота 22 мм | ||||
| Частота, ГГц | Добротность | Потери, % | Частота, ГГц | Добротность | Потери, % |
| 28.71 | 32 000 | 0.003125 | 5.93 | 40 000 | 0.002500 |
| 34.10 | 49 000 | 0.002041 | 8.16 | 36 000 | 0.002778 |
| 34.87 | 39 000 | 0.002564 | 9.07 | 50 000 | 0.002000 |
| 36.20 | 52 000 | 0.001923 | 10.45 | 28 000 | 0.003571 |
| 37.53 | 38 000 | 0.002631 | 11.83 | 33 000 | 0.003030 |
В процессе исследований в лаборатории "Наномир" также получен ряд промежуточных результатов, имеющих прикладное значение.
Создано оборудование для производства новых видов диэлектрических резонаторов, отличающихся от дисковых и сферических повышенной селективностью и возможностью большей перестройки по частоте.
Среди новых видов диэлектрических резонаторов были обнаружены вращающие поляризацию, что позволяет использовать на спутниках связи одну антенную систему вместо двух, совмещая в одно время прием и передачу непрерывных сигналов на одной частоте, но с разной поляризацией. Это позволяет уменьшить массу антенной системы спутника на 50 %.
Обнаружена возможность замены дорогостоящих резонаторов, изготавливаемых на токарных станках (цилиндры, цельные шары), на дешевые аналоги другой формы (шаровые слои, линзы). Итерационная технология (самопроизвольное повышение точности в процессе обработки), применявшаяся ранее только для создания плоских и сферических поверхностей, оказалась применима для изготовления более широкого класса форм, пригодных для создания микроволновых генераторов. Нам, в частности, удалось с высокой точностью воспроизвести формы (эллипсоид с многозаходной спиралью, эллипсоид со встречными многозаходными спиралями, напоминающими огранку), которые ранее считались относящимися к области искусства и изготавливались "на глазок".
Таким образом, в лаборатории "Наномир" получены прикладные результаты, которые могут быть использованы уже в настоящее время. Возможно, проделанная работа приблизила нас к достижению главной цели – созданию экологически чистого микроволнового источника энергии.