Как сделать мини солнце

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 29.08.2024

По прошествии 10 лет, в 2018 году NASA наконец произвело запуск космического аппарата Parker Solar Probe. Его миссия — исследование электромагнитных полей, блуждающих на поверхности Солнца, а также изучение процессов, разгоняющих солнечный ветер до сверхзвуковых скоростей.

На днях стало известно, что в Китае, не отставая от графика, все же был успешно запущен экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak. Согласно прогнозам ученых, установка позволит удерживать внутри реактора плазму, разогретую до 150 млн градусов по Цельсию. Для сравнения, ядро настоящего Солнца имеет температуру в 10 раз ниже. Мы решили более подробно разобраться, что представляет собой китайское “искусственное Солнце”, с чего начиналась история создания термоядерных реакторов, зачем все это нужно и чем опасно.

История создания Токамаков

Что такое Токамак — это тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Его миссия заключается в создании необходимого состояния, при котором возможно прогнозируемое управление термоядерным синтезом. Удивим вас, а может и нет, но задумка управляемого термоядерного синтеза родилась в СССР около 70 лет назад. Сам термин “токамак” также был придуман в Советском Союзе в 50-х годах Игорем Головиным, учеником академика Курчатова. Токамак расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками. Термин активно используется в большей части существующих языков.

Первый подобный реактор был создан в 1954 году, и на протяжении долгих лет они существовали исключительно на территории СССР. Только спустя 14 лет, когда в 1968 году термоядерный реактор T-3 смог разогреть плазму до 11,6 млн градусов по Цельсию, ученые из Великобритании посетили советских коллег, чтобы зафиксировать столь грандиозное событие, в которое до этого отказывались верить. Новость моментально разлетелась по миру, после чего начался настоящий бум строительства токамаков.

Возвращаясь к Китаю, инженеры и ученые Поднебесной впервые смогли запустить экспериментальный термоядерный реактор HT-7 только в 1994 году. В 2003 в Китае решили начать собирать новый сверхпроводящий токамак EAST, а запустили его в 2006 году. Именно EAST первым достиг отметки разогрева плазмы в 100 млн градусов. На протяжении 14 лет китайские ученые плотно работали над уменьшением размеров термоядерных реакторов, а также решали проблему более длительного поддержания синтеза. Нынешний рекорд самой длинной реакции по времени составляет 6,5 минут и поставили его еще в далеком 2003 году во Франции на установке WEST.

Как работает термоядерный реактор

Сперва разберемся, как работает токамак и что происходит за его стенками. Мы сказали, что внутри установки до невиданных ранее температур разогревается плазма, но что удерживает ее внутри? Металлическая стенка не в состоянии выдержать температуры в сотни миллионов градусов, а вот мощнейшему электромагнитному полю это под силу. Разогретую плазму удерживает внешнее тороидальное и внутреннее полоидальное поле тока, протекающее по плазменному шнуру. Электрический ток одновременно обеспечивает и разогрев плазмы, и удержание ее в состоянии равновесия в вакуумной среде. Единственная сложность - это длительность удержания реакции в условиях ограниченного пространства. Новенький HL-2M Tokamak, запущенный на днях в Поднебесной, способен удерживать разогретую до 150 млн градусов плазму в равновесии не более 10 секунд!

Основная часть энергии в мире получается за счет сжигания легкодоступных полезных ископаемых. Однако запасы их конечны, да и окружающей среде наносится непоправимый вред. Идея токамака - получение чистой, практически неиссякаемой энергии посредством управляемого термоядерного синтеза. Китайское детище HL-2M Tokamak — это не просто мощная установка, а еще один шаг на пути к достижению этой цели. Для того, чтобы человечество смогло создавать функциональные термоядерные реакторы, служащие во благо, необходимо выполнение трех важнейших условий:

достижение температурной границы ионов до 100 млн градусов и выше, чтобы реакция синтеза стала самоподдерживающейся;
удержание разогретой плазмы в течение длительного времени внутри ограниченного пространства;
обеспечение высокой плотности разогретого вещества.

HL-2M Tokamak уже способен выполнить первое условие. Если ученые Китая смогут решить две оставшиеся задачи, то новенький токамак ляжет в основу ныне создаваемого Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER).

На пути к великой цели

Создание и успешные испытания HL-2M Tokamak в Поднебесной — это следующая ступень на пути к получению безубыточной термоядерной энергии. Именно в этом и заключается миссия ITER. Международный мегапроект финансируется и управляется 7-ю странами-членами: ЕС, Китаем, Индией, Японией, Россией, США и Южной Кореей, а всего он включает участие около 35 стран. Хотя свое существование проект начал в 2007 году, а задумка о его создании тянется еще с 1985 года, сам термоядерный реактор для комплекса ITER начали строить только в 2013 году.

Естественно, установка имеет не только положительные, но и отрицательные стороны. Нет, никаких сверхмассивных взрывов, появление очередного Чернобыля или черной дыры, в случае чего, не предполагается. Но проблемы есть и большая часть критиков заявляют, что термоядерные реакторы, в частности ITER, нежизнеспособны по ряду причин:

высокоэнергичные нейтроны в реакторе невозможно будет долго удерживать в равновесии и они повредят его стенки, выведя установку из строя;
нейтронная бомбардировка внутри реактора может вызвать радиоактивность, тем самым загрязняя его и делая невозможным последующее обслуживание и эксплуатацию;
уже сейчас наблюдается повышенная нагрузка на диверторы (устройства внутри реактора, отвечающие за удаление отходов из плазмы во время его работы). Это значит, что в будущем при создании коммерческих электростанций необходимо будет применять диверторы нового типа, однако на их разработку до сих пор не выделяется финансирование;
последнее — опасность мощного взрыва установки, поскольку ученые до сих пор не в состоянии полностью контролировать высокоэнергетические изотопы водорода дейтерия и трития, используемые в термоядерном синтезе ITER.

Но не все так печально, поскольку специалисты, занимающиеся разработкой токамака ITER уверяют, что термоядерный реактор в сотни раз безопаснее ядерных реакторов деления в вопросе образования радиоактивных отходов. Фактически, установка имеет нулевое радиационное и газообразное загрязнение окружающей среды. Кроме того, последние исследования позволили на 50% снизить прогнозируемые затраты на поддержание реакции в токамаках, а также увеличить мощность будущих установок до 2000 МВт высвобождаемой энергии. Это не говоря уже о том, что термоядерные электростанции помогут повернуть вспять процессы по изменению климата и в целом улучшить экологическую обстановку на Земле.

А вот так выглядит фонарик с плафоном из простой прозрачной рюмки:

А вообще включив фантазию, в качестве плафонов можно также применить совершенно неожиданные стеклянные или пластиковые предметы. Это может быть закончившаяся мельница от приправы:

Или маленькая баночка из-под нескафе:

Баночка от детского питания:

Или даже круглая бутылка из-под водки:

А это исторические фотографии одного из самых первых фонариков сделанного из бутылки из-под крымской граппы и уже давно разбившегося:

Для того чтобы показать основные моменты сборки, я изготовил небольшую партию из четырёх фонариков:

В донышке рюмки сверлим отверстие диаметром 6 — 8 миллиметров сверлом по керамограниту, например таким:

Удобнее всего сверлить на сверлильном станке, выставив обороты в пределах 800 – 1000 и опустив рюмку в неглубокую ёмкость с водой для лучшего охлаждения. Но на крайний случай сгодится обычный шуруповёрт, собственно им я практически все свои плафоны для фонариков и сверлил. При сверлении обязательно придерживайте стеклянную деталь рукой одетой в матерчатую защитную перчатку, чтобы не порезаться, если от излишнего усилия, или внутреннего напряжения стекло лопнет. Но в тоже время будьте внимательны, чтобы перчатку не намотало на сверло.

Основание для солнечной батареи вырезается из листового ПВХ пластика толщиной 5 – 6 мм при помощи электролобзика, или как в моём случае на ЧПУ:

Этот пластик широко применяется в рекламе и его обрезками можно разжиться в рекламных конторах.
При помощи паяльного фена в центр вплавляется мебельная гайка М4:

К солнечной батарее припаиваются провода. Для того чтобы исключить возможность короткого замыкания солнечной панели мебельной гайкой, дорожки сразу за точками пайки перерезаются:

Основание панели и низ солнечной батареи обезжириваем спиртом, или растворителем, при этом не допускаем попадания растворителя на лицевую часть солнечной панели во избежание замутнения, затем клеим солнечную батарею к основанию водостойким клеем, например таким:

Излишки клея выдавленные при соединении солнечной панели и основания убираем при помощи ветоши, отверстия через которые выведены провода герметизируем при помощи того же самого клея, или герметика.

Из ПВХ трубки диаметром 4 – 5 миллиметров, отрезанной в длину по размеру плафона, делаем основание для светодиодов 5730. В качестве материала отлично подойдут трубки от воздушных шариков, которые раздают на всяких мероприятиях.
Светодиоды приклеиваем на основание примерно по центру плафона:

Подпаиваем провода и фиксируем их вместе с проводами от солнечной панели термоусадкой белого или нейтрального цвета и обязательно защищаем от влаги двумя слоями цапон – лака, или аналогичного:

Устанавливаем плафон, протягиваем провода и завязываем их в узел, он будет распределять нагрузку по всем точкам пайки предохраняя от обрыва, в случае не аккуратного обращения:

Собираем плафон при помощи пластиковых шайб диаметром 28 миллиметров с прорезью, проставки из отрезка любой пластиковой дюймовой трубы длиной около 10 мм, шпильки, шайбы и гайки М4:

И подпаиваем к проводам плату электроники:

Плату обязательно защищаем от влаги двумя слоями цапон – лака, или аналогичного.

Как видно из таблицы яркость фонариков с уменьшением тока потребления вполне ожидаемо снизилась. Но при этом в самом худшем случае яркость свечения самодельного фонарика превосходит самого лучшего китайца из Леруа практически на порядок. Исходя из этого имеет смысл разделить фонарики по потреблению от АКБ на несколько групп предназначенных к установке на открытом пространстве, в полутени и для тенистых мест, что позволит им светить до рассвета практически независимо от облачности днём раньше. На фотографии слева направо фонарики с током потребления 45 мА (L1 = 47 мкГн), 67 мА (L1 = 33 мкГн) и 109 мА (L1 = 22 мкГн):

Фотосессию фонариков на природе к сожалению провести не удалось, но в домашней обстановке различий по яркости практически не видно. Конечно в реальных условиях разница будет более заметна, но ради стабильной работы фонариков на тенистых участках, яркостью можно немного пожертвовать, выбор за вами.

В качестве стоек для фонариков можно использовать практически любые подходящие по диаметру обрезки полипропиленовых водопроводных труб диаметром 30 — 50 мм оставшихся после ремонтов у вас, или друзей:

Так же вполне сгодятся самые недорогие серые ПП трубы:

Длина стоек выбирается в зависимости от того насколько часто прокашиваются дорожки и газоны на участке, на который вы планируете установить солнечные фонарики. Если трава регулярно косится и её высота небольшая, то лучше выбрать длину стоек 20 – 30 сантиметров, а если трава косится от случая к случаю, то тогда лучше увеличить длину стоек до 35 – 40 сантиметров, иначе фонарики будут просто не видны. Диаметр трубы подбирается исходя из художественного замысла и размеров выбранного плафона фонарика.

Электронику и АКБ в фонарике можно разместить непосредственно в плафоне, если его размеры позволяют, или в стойке. Про фонарики с электроникой в плафоне мы поговорим в следующий раз, для них стойка представляет собой просто крашеную трубу подходящего диаметра, а на примере серой ПП трубы диаметром 30 мм я покажу как изготавливается стойка для фонарика с отсеком под электронику. В уже отрезанной по длине заготовке на расстоянии 9 — 10 см от верха сверлим четыре отверстия диаметром 2 — 3 миллиметра для слива конденсата из будущего батарейного отсека:

Трубы белого цвета неплохо смотрятся в качестве стоек, а вот трубы серого цвета лучше покрасить. Я в основном использую зелёный цвет, в траве он смотрится наиболее органично. С помощью растворителя, например 646, со стоек тщательно оттираются надписи и обезжиривается остальная поверхность. Стойки покрываются грунтовкой предназначенной к применению по пластикам, например такой:

Затем красятся в 2 слоя краской из баллончика, например такой:

Перед покупкой краски надо обязательно убедиться, что она подходит для пластиков.
Хотя материалом труб и является полипропилен, который очень плохо окрашивается, но как показала практика, трубы покрашенные данной краской если их не пинать ногами вполне держаться уже несколько сезонов, сохранив неплохой внешний вид:

Материалом колышков фонариков являются черенки для грабель и лопат диаметром 24, 28 и 30 мм. Для серых ПП труб диаметром 30 мм идеально подходят только колышки диаметром 28 мм. Под видом 30 мм могут продаваться 28 мм черенки, причём частенько по качеству они ни на что кроме колышков не годятся.

При помощи электролобзика колышки нарезаются длиной примерно 20 сантиметров и покрываются двумя слоями яхтного лака.
Будет также неплохо, если перед покраской обработать их антисептиком для дерева:

Если в качестве стойки используется труба внутренним диаметром больше 24 – 30 мм, то для чтобы колышек в ней болтался, можно изготовить проставки, например из листового ПВХ пластика подходящей толщины, прикрепив их при помощи степлера, или мелких обойных гвоздиков. Вот как это выглядит для 40 мм и 50 мм стоек:

В заключение поговорим во сколько же обходится один фонарик. Основные материалы и комплектующие в расчёте на изготовление десяти фонариков без учёта мелочёвки в виде лака, проводов и пластика приведены в таблице:

Создание модели Солнечной системы — увлекательный обучающий процесс, иногда входящий и в школьную учебную программу. Изготовить такой интересный макет своими руками можно разными способами. Предлагаем вам простую методику создания Солнечной системы из обувной коробки. Такую поделку можно сделать вместе с ребенком, а потом повесить на стену в детской в качестве украшения.

Какие потребуются материалы

Материалы для создания модели Солнечной системы вам понадобятся такие:

обувная коробка большого размера;
акриловые краски разных цветов и белый маркер (или фломастер);
шарики из полистирола разных размеров и крепкая нить;
черная бумага;
деревянные шпажки;
глина для поделок или пластилин;
картон;
клей, иголка.

Шаг № 1: создаем космос и звезды

Снимите крышку с коробки и отложите в сторону.

Покрасьте коробку черной краской изнутри и снаружи и оставьте высыхать на час на столе.

Как только краска высохнет, поставьте белым маркером на внутренней части коробки точки. Таким образом у вас получатся космос и звезды.

Шаг № 2: создание планет

Возьмите самый большой полистирольный шарик, проткните его шпажкой насквозь. Уберите шпажку. Раскрасьте шарик в желтый цвет. Это будет Солнце.

Далее раскрашивайте шарики разных размеров в цвета планет Солнечной системы (кроме Меркурия). В голубой покрасьте Землю, в красный — Марс и т. д. Шарики-планеты так же, как и Солнце, предварительно протыкайте шпажками. Раскрашенные шарики оставьте высыхать на 1-2 часа.

Шаг № 3: создаем кольца Сатурна

Возьмите кусок картона. Нарисуйте на нем циркулем круг, диаметром, равным диаметру шарика-Сатурна. Опишите круг вторым кругом большего размера. Вырежьте из картона кольцо, согласно сделанной разметке. Раскрасьте кольцо тем же цветом, которым вы раскрашивали Сатурн. Промажьте торец кольца изнутри клеем. Аккуратно наденьте кольцо на шарик. Оставьте Сатурн с кольцами высыхать.

Шаг № 4: пластилиновый Меркурий

На следующем этапе сделайте Меркурий. Можно также включить в модель Плутон. Этот космический объект до недавнего времени считался одной из планет Солнечной системы. То есть, в общей сложности их было девять. Однако из-за небольших размеров в 2006 г. ученые решили, что Плутон не может считаться планетой. Таким образом, в Солнечной системе осталось только 8 планет.

Чтобы сделать Меркурий, возьмите небольшой кусок пластилина или глины для поделок и скатайте в шарик. Воткните в шарик иголку, проделав таким образом в нем отверстие. Если вы делаете Меркурий из глины, на следующем этапе поместите шарик в духовку для закалки. Оставьте шарик в духовке на некоторое время (предварительно прочитайте инструкцию от производителя глины). После закалки выньте шарик из духовки и охладите на столе.

Шаг № 5: нить для планет

Возьмите толстую крепкую нить и разрежьте ее на 9 частей. Продевайте отрезки нити сквозь шарики-планеты и Солнце и приклеивайте их в месте вхождения и снизу клеем. Нить на этом шаге при желании можно заменить на толстую рыболовную леску. В этом случае модель будет выглядеть естественнее. Леска будет бросаться в глаза меньше, чем нить. Также можно взять специальную прозрачную нить для бисероплетения.

Шаг № 6: крепим планеты к коробке

Раскрашенную коробку положите на бок и проделайте сверху 9 отверстий, к примеру, шилом. Проденьте леску или нить желтого Солнца в отверстие и закрепите на клей. Точно таким же образом подвесьте внутри коробки планеты, расположив их так, как они располагаются в Солнечной системе. Дождитесь высыхания клея. Ваша модель Солнечной системы готова. Теперь можно повесить эту красивую вещь на стену.

Полезный совет

Солнце, как известно, намного больше планет Солнечной системы. При желании вы можете сделать модель более реалистичной. Для этого используйте для создания Солнца не шарик, а кусок картона. Вырежьте из картона большой полукруг, раскрасьте его желтым и приклейте к бортику коробки.

В каком порядке располагать планеты

Ближе всего к Солнцу в нашей Солнечной системе располагается Меркурий. Дальше всего — Нептун. Располагайте планеты в макете в следующем порядке — Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Если вы хотите включить в макет Плутон, располагайте его после Нептуна — самым последним.

Какие цвета можно выбрать для планет

Голубой цвет в макете идеально подойдет для Земли, а красный — для Марса. Для Меркурия можно выбрать светло-серый цвет или коричневый. Для Венеры лучше всего подойдет оранжевый, близкий к красному. Юпитер можно раскрасить светло-желтой краской или светло-голубой.

Цвет Сатурна — коричнево-серый. Ледяной Уран можно раскрасить в цвет морской волны. Для Нептуна больше всего подойдет ярко-синий цвет.

Интересные факты о Солнечной системе

При изготовлении модели, помимо всего прочего, можно рассказать ребенку о нескольких интересных фактах, связанных с Солнечной системой. К примеру, ребенку наверняка интересно будет узнать о том, что:

наша звездная система образовалась более 4,6 миллиарда лет назад;
солнечный свет достигает Земли за 8 минут;
некоторые планеты Солнечной системы, такие как Земля и Марс, состоят из твердых пород, другие, например, Юпитер, - из газа;
между Марсом и Юпитером в Солнечной системе находится пояс астероидов - скопление космических объектов разных размеров;
самая яркая планета на ночном небе - Венера, свечение которой сравнимо со свечением звезд;
излучаемая Солнцем радиация очень опасна, но от нее нас защищают атмосфера и магнитное поле Земли;
Юпитер защищает Землю от астероидов и метеоритов, притягивая их своей мощной гравитацией;
ближайшая к Земле звезда - Проксима Центавра;
галактика Млечный Путь состоит более чем из 100 миллиардов звездных систем;
чем ближе планета к Солнцу, тем она горячее, и, наоборот, чем дальше - тем холоднее.

Также можно рассказать ребенку о том, что наша планета Земля является единственной "живой" уникальной планетой Солнечной системы. Много лет назад ученые считали, что жизнь, возможно, есть и на Марсе. Однако с появлением высоких технологий выяснилось, что это мнение является ошибочным.

Марс очень похож на Землю - на нем, к примеру, есть сезоны, а день длится всего на 37 минут дольше, чем на нашей планете. Однако Марс - это холодная планета, практически лишенная атмосферы. Поэтому жизнь здесь невозможна.