авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Исторические этапы развития микроволновой техники для научных исследований и промышленных процессов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шавшукова Светлана Юрьевна

Исторические этапы развития микроволновой

техники для научных исследований

и промышленных процессов

Специальность: 07.00.10 – История науки и техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа – 2008

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте малотоннажных химических продуктов и реактивов ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Научный консультант: академик Академии наук

Республики Башкортостан,

доктор химических наук, профессор

Рахманкулов Дилюс Лутфуллич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Аминова Гулия Карамовна;

доктор технических наук, доцент

Джафаров Керим Исламович;

доктор технических наук, профессор

Теляшев Гумер Гарифович.

Ведущая организация ГОУ ВПО «Башкирский государственный университет».

Защита состоится в на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.01 при ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат разослан « » 200 г.

Ученый секретарь

совета, профессор А. М. Сыркин

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Оптимизация и интенсификация промышленных процессов и научных исследований на современном этапе развития науки и техники является необходимым условием дальнейшего их развития и совершенствования. Использование микроволнового излучения в качестве источника энергии в большинстве процессов позволяет значительно ускорить их протекание, повысить производительность, селективность процессов, часто сократить затраты энергии на производство продукции, повысить экологичность производств, исключая процессы сжигания топлива и выбросы продуктов сгорания в атмосферу. Применение энергии микроволн вместо теплоносителей, используемых в настоящее время на большинстве технологических установок, позволяет значительно упростить технологическую схему, исключив все процессы и аппараты, связанные с подготовкой теплоносителя, а также вредные выбросы в атмосферу.

В настоящее время научные исследования и внедрение промышленных микроволновых технологий идут высокими темпами за рубежом, гораздо менее интенсивно – в нашей стране.

В этой связи проведение исследований, связанных с определением аспектов воздействия микроволнового излучения на протекание ряда химических и физико-химических процессов является важным и актуальным направлением интенсификации этих процессов, как на лабораторном уровне, так и в промышленном масштабе. Систематизация исторических аспектов возникновения и развития научных исследований по применению микроволнового излучения и этапов создания техники с генератором микроволнового излучения является актуальной проблемой и имеет большое значение для определения дальнейших перспектив интенсификации процессов с применением энергии микроволн.





Цель работы:

– исследование исторических аспектов зарождения и развития исследований по применению микроволнового излучения в качестве источника энергии;

– анализ исторических особенностей создания метода и аппаратуры микроволновой спектроскопии;

– исследование роли советских ученых и инженеров в создании первых установок радиообнаружения;

– систематизация результатов исследований в области микроволновой химии;

– анализ этапов создания микроволновой техники для научных исследований;

– установление этапов создания микроволновой техники для различных отраслей промышленного производства;

– выявление особенностей микроволновых технологий, применяемых в различных отраслях промышленности;

– систематизация исследований влияния микроволнового излучения на организм человека и окружающую среду.

Научная новизна работы.

Впервые в хронологической последовательности проведен системный анализ этапов зарождения и развития научных исследований с применением микроволнового излучения, этапов создания микроволновой техники с целью интенсификации различных химических и физико-химических процессов в научных исследованиях и промышленности.

Впервые обобщен опыт промышленного применения микроволнового излучения в пищевой, деревообрабатывающей, нефтяной, горной отраслях промышленности. Показаны пути развития техники и технологий с использованием источника микроволнового излучения.

Приведена целостная историческая картина применения микроволн, начиная от радиотехнических опытов и создания первых магнетронов до современной микроволновой техники и технологий с микроволновым нагревом.

Впервые проанализированы этапы создания и развития методов и техники микроволновой химии и микроволновой спектроскопии.

Практическая значимость работы.

Проведенное историко-техническое исследование позволило выделить наиболее перспективные направления применения микроволновой энергии и определить пути интенсификации промышленно важных процессов в различных отраслях народного хозяйства.

Материалы диссертационного исследования используются Научно-исследовательским институтом истории науки и техники (г. Уфа) при подготовке монографии, обобщающей результаты научных исследований и промышленных разработок с использованием микроволнового излучения. Материалы диссертационного исследования используются при чтении лекций студентам технологического факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы были представлены на XXXXVII научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Уфимского государственного нефтяного технического университета (Уфа, 1996 г.), на IV Международной конференции «Наукоемкие химические технологии» (Волгоград, 1996 г.), на IX Всероссийской конференции по химическим реактивам Реактив-96: «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 1996 г.), на XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1997 г.), на региональной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной аналитической химии» (Пермь, 2002 г.), на XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии «Достижения и перспективы химической науки» (Казань, 2003 г.), на X Всероссийской конференции «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 2004 г.), на Международной научно-технической конференции «Перспективы развития и практического применения алициклических соединений» (Самара, 2004 г.), на XX Украинской конференции по органической химии (Одесса, 2004 г.), на Международной конференции по химии гетероциклических соединений, посвященной 90-летию со дня рождения А.Н. Коста (Москва, 2005 г.), на II Российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии» (Уфа, 2005 г.), на XVIII и XX Международных научно-технических конференциях «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Минск, 2005, 2007 гг.), на Шестой Австралийской конференции по вращательной спектроскопии: Incorporating a four day Workshop Series (Австралия, Сидней, 2005 г.), на II, IV, VII, VIII Международных научных конференциях «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2001, 2004, 2006, 2007 гг.), на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007 г.), на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (Уфа, 2008 г.), на XIV, XV, XVII, XIX Международных научно-технических конференциях «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2001, 2002, 2004, 2006 гг.), на VIII и X Международных научно-технических конференциях «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2004, 2006 гг.), на Первой Всероссийской научно-технической конференции «Альтернативное источники химического сырья и топлива (Уфа, 2008 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 2 монографии, 56 научных статей.

Объем и структура работы.

Работа изложена на 322 страницах машинописного текста, включая 64 таблицы и 47 рисунков, и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, ее научная и практическая значимость, сформулированы основные цели и задачи исследования.

В первой главе дан краткий анализ особенностей начальных этапов использования микроволнового диапазона электромагнитного спектра излучений в 1930-х гг. для создания радиолокационных установок, в 1940-х гг. – для разработки образцов первых микроволновых печей. Выделена роль советских ученых и инженеров в разработке и создании первых установок радиообнаружения военных объектов противника. Обобщены сведения о первых разработках техники с источником микроволнового излучения для промышленности гражданского назначения.

Во второй главе рассмотрены этапы разработки и создания микроволновой техники для различных отраслей промышленного производства: сушки диэлектрических материалов, разупрочнении горных пород, отверждении грунтов, извлечении ценных компонентов из отходов горной и нефтяной отраслей промышленности. Выделены преимущества применения микроволнового излучения, как единственного источника энергии, так и в комбинации с другими промышленными способами нагрева.

В третьей главе рассмотрены аспекты исследований по интенсификации химических процессов. Проанализированы исторические аспекты создания и развития метода микроволновой спектроскопии. Выделены этапы развития и совершенствования микроволновых установок для экспериментов в области органической и аналитической химии.

В четвертой главе проанализированы результаты исследований воздействия микроволнового излучения от различных источников на живые организмы и окружающую среду.

1. Начало исследований по использованию микроволнового излучения.

Микроволновым излучением называют диапазон частот, расположенный в спектре электромагнитных излучений между инфракрасными и радиочастотами, область частот 300 ГГц–300 МГц.

История применения микроволнового излучения и создания микроволновой техники и приборов началась с исследований радиоволнового диапазона и открытия явления радиолокации, которые, в свою очередь, берут начало с создания в 1895 г. А. С. Поповым первой системы радиосвязи. Далее последовало бурное развитие беспроводной связи, значительная роль в котором принадлежит итальянскому ученому и предпринимателю Г. Маркони. Открытия А. С. Попова и Г. Маркони еще не вели к радиолокации, но подготовило базу для дальнейших исследований в области радиоволнового диапазона. Развитие в 1920-е гг. науки вообще и радиотехники в частности создало определенные теоретические и практические предпосылки для разработки техники радиообнаружения кораблей и самолетов, создание которой неразрывно связано с именами советских физиков и инженеров.

При разработке радиолокационных устройств в области дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн был создан особый вид электровакуумного прибора – магнетрон. К истории создания магнетрона и радиолокации имеет непосредственное отношение группа харьковских радиофизиков, возглавляемая профессором А. А. Слуцкиным. Эта группа вела работы по созданию трехкоординатного радиолокатора (радиодистанциомера). Передатчик в нем был собран на двухэлектродном генераторе, являвшимся близким предшественником магнетрона.

Термин «магнетрон» ввел в науку американский физик A. Hull, который в 1921 г. впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы магнетрона в статическом режиме и предложил ряд его конструкций. Однако первый патент на способ генерирования электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн получил в 1924 г. чехословацкий физик А. Жачек. В 1920-е гг. исследованием влияние магнитного поля на генерирование колебаний сверхвысокой частоты занимались ученые многих стран мира. Среди них Е. Хабан (Германия), К. Окабе и Х. Яги (Япония), И. Ранци (Италия) и другие.

В СССР разработкой магнетронов занимались ученые и инженеры А. А. Слуцкин, М. Т. Грехова, В. И. Калинин, Д. С. Штейнберг, М. А. Бонч-Бруевич, Н. Ф. Алексеев, Д. Е. Маляров, К. И. Крылов, В. П. Илясов, С. А. Зусмановский и многие другие.

В 1930-е гг. исследования в области создания магнетронов продолжались во многих странах. В этот период ставилась задача увеличить выходную мощность генерируемых магнетроном колебаний. М. А. Бонч-Бруевич разработал идею многокамерного магнетрона. А в 1936–1938 гг. инженеры Н. Ф. Алексеев и Д. Е. Маляров впервые разработали многокамерный (многорезонаторный) магнетрон высокой мощности. Им удалось увеличить мощность на 2 порядка (до 300 Вт на волне 9 см). Разработанная конструкция многорезонаторного магнетрона оказалась настолько совершенной, что в последующие годы во всём мире разрабатывались и выпускались только многорезонаторные магнетроны.

Непосредственно разработку установок радиообнаружения самолетов и их испытания в СССР в начале 1930-х гг. вели военные инженеры и физики в научных и производственных центрах:

– в Центральной радиолаборатории под руководством инженера Ю. К. Коровина;

– в Ленинградском электрофизическом институте (ЛЭФИ) под руководством А. А. Чернышева, Б. К. Шембеля;

– на заводе № 209 им. Коминтерна под руководством П. К. Ощепкова;

– в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ), где под руководством академика А. Ф. Иоффе работали Д. А. Рожанский, Ю. Б. Кобзарев, П. А. Погорелко, Н. Я. Чернецов;

– в Украинском физико-техническом институте (УФти) во главе с профессором А. А. Слуцкиным.

3 января 1934 г. был проведен первый эксперимент по радиообнаружению гидросамолета, который подтвердил, что электромагнитные волны не только отражаются от самолета, но и могут приниматься наземным радиоприемным аппаратом. Удалось обнаружить гидросамолет на расстоянии 600–700 м и высоте 100–150 м. Таким образом, 3 января 1934 г. стал днем рождения отечественной радиолокации.

Уже летом 1934 г. группа инженеров: Б. К. Шембель, В. В. Цимбалин и П. К. Ощепков представила на испытания опытную установку «Рапид», разработанную по заданию ГАУ РККА. 10 и 11 июля 1934 г. в Ленинграде прошли испытания первой в мире радиолокационной станции (РЛС). Как следует из приведенных в диссертационной работе документов тех лет испытания прошли успешно, и незамедлительно были даны заказы на производство установок радиообнаружения на заводах.

Значительную роль в создании первых РЛС принадлежит военному инженеру Павлу Кондратьевичу Ощепкову, который еще в 1932 г. правильно указал пути развития радиолокации и предложил импульсный метод радиообнаружения.

В 1934 г. работы в области создания техники радиообнаружения значительно интенсифицировались. Осенью 1935 г. ЛЭФИ был объединен с Радиоэкспериментальным институтом в номерное НИИ-9 с подчинением Наркомтяжпрому. НИИ-9 была поручена разработка оборонной тематики, включавшей и радиолокацию. Научным руководителем института был назначен М. А. Бонч-Бруевич.

В 1936–1937 гг. была разработана аппаратура импульсного радиообнаружения «Модель-2», а затем радиолокационная станция РУС (радиоуловитель самолетов), послужившая основой для разработки последующих образцов, обладавших лучшими техническими характеристиками.

После смерти в 1936 г. Д. А. Рожанского работу над созданием радиолокационных установок в ЛФТИ продолжила группа исследователей под руководством Ю. Б. Кобзарева, получившая в 1942 г. Сталинскую премию за создание станции «РУС-2».

На станции «РУС-2» и «РУС-2с» легла основная нагрузка в системе ПВО Москвы, Ленинграда и других городов в период Великой Отечественной войны. В армию было передано свыше 600 таких установок. Радиолокационные станции от союзников были получены уже в конце войны, поэтому не могли иметь решающего значения.

Отметим, что в большинстве выпущенных в США книг по истории радара хотя и признается, что идея радиолокация возникла одновременно и независимо во многих странах мира, роль советских изобретателей обычно умалчивается. Хотя еще в 1946 г. американцы Э. Реймонд и Д. Хачертон в журнале «Look» признавали: «Советские ученые успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретен в Англии». Известно также заявление У. Черчилля о том, что англосаксы подарили миру радиолокацию – величайшее, по его выражению, военное изобретение. Такое мнение, сложилось, по-видимому, в связи с тем, что в СССР работы по радиолокации велись под грифом «совершенно секретно», в силу чего в открытой печати публикации по многим вопросам, в частности, радиолокационному противодействию, отсутствовали.

Следует подчеркнуть, что английские физики также активно занимались исследованиями в области радиолокации. Так, шотландский физик Роберт Уотсон-Уатт (1892–1973) создал систему радара, и в 1935 г. построил радарную установку, способную обнаружить самолет на расстоянии 64 км. Эта система сыграла огромную роль в защите Британских островов от налетов немецкой авиации.

В докторской диссертации приведены основные вехи развития радиолокации до 1944 г.

После окончания Второй мировой войны во многих странах, в т. ч. СССР, США, Японии, Великобритании, продолжались исследования в области создания и совершенствования устройств для генерации микроволн, в результате которых были разработаны более тысячи типов многорезонаторных магнетронов, главным образом для установок радиолокации и радионавигации.

В конце 1940-х гг. было сделано открытие, которое изменило представление о том, что микроволны призваны служить только военно-стратегическим целям. Суть этого открытия состояла в том, что был обнаружен тепловой эффект микроволнового излучения и найдено практическое применение этому эффекту. Первенство в открытии этого явления принадлежит американскому инженеру Перси ЛеБарон Спенсеру (Persi LeBaron Spenser). Спенсер работал в американской компании «Raytheon Corporation», которая занималась мелкомасштабным производством магнетронов. В 1946 г. при проведении экспериментов на лабораторной радарной установке он обнаружил тепловое воздействие микроволн на пищевые продукты, а в 1950 г. получил первый патент на изобретение микроволновой печи для приготовления пищи. Открытие Спенсера побудило заняться производством микроволновых печей другие фирмы США. А в 1960-х гг. эту инициативу подхватила Япония, вскоре став одним из мировых лидеров по производству новой бытовой техники.

В 1970-х гг. в промышленно развитых странах производство магнетронов значительно возросло. Появились магнетроны для работы в непрерывном режиме генерирования колебаний мощностью до нескольких десятков кВт и до 5 МВт в импульсном режиме. Принципиальное устройство магнетрона для микроволновой печи показано на рисунке 1.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.