Как зеркала в Пиренеях нагревают металл до 3500 °C

На склоне в Восточных Пиренеях стоит здание, у которого вместо фасада — вогнутое зеркало высотой с пятнадцатиэтажный дом. В нём вверх ногами отражаются лес и горы, а на пятне размером около метра солнечный свет разогревает образцы до трёх с лишним тысяч градусов. Ни угля, ни газа, ни электричества для нагрева печь не тратит.

Почему её построили в Одейо

Печь стоит в коммуне Фон-Ромё-Одейо-Виа, в горной долине Сердань у испанской границы. Высота над морем — 1535 метров. Солнце светит здесь больше 2400 часов в год, воздух сухой и прозрачный, а для печи важна именно прямая солнечная радиация: рассеянный свет в одну точку не соберёшь.

Идея принадлежит химику Феликсу Тромбу. Первые опыты его группа поставила в 1946 году в Мёдоне под Парижем, в 1949-м построила небольшую солнечную печь в соседнем Мон-Луи — она работает до сих пор. Большую печь в Одейо возводили с 1962 по 1968 год, а исследования на ней начались на рубеже 1970-х.

Как устроена печь

Схема двухступенчатая. Внизу на склоне стоят 63 гелиостата — плоские поворотные зеркала общей площадью около 2835 квадратных метров. Они расположены на расстоянии от 104 до 314 метров от здания. Компьютер весь день поворачивает их вслед за солнцем, чтобы отражённый свет всегда шёл строго параллельным пучком в одну сторону.

Этот пучок попадает на главный элемент — параболическое зеркало площадью около 1830 квадратных метров, собранное из многих тысяч небольших зеркальных фацет. Высота стены — около 48 метров, ширина — 54. Парабола собирает свет в фокус на расстоянии 18 метров перед собой, в башню напротив, где стоит рабочая камера.

Перевёрнутый пейзаж на фотографиях — обычная оптика вогнутого зеркала: удалённые предметы оно отражает вверх ногами.

Тепловая мощность в фокусе — около одного мегаватта, концентрация достигает десяти тысяч «солнц». Температуры выше 2500 °C образец набирает за несколько секунд. Обычно называют максимум в 3500 °C. Французские источники осторожнее и пишут о 3300 °C, достигнутых на графитовом образце.

Что в ней нагревают

Металл здесь не плавят ради производства — печь научная. Ею пользуется лаборатория PROMES Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и Университета Перпиньяна. Главное преимущество солнечного нагрева — чистота: образец греет только свет, рядом нет ни пламени, ни газов сгорания, ни электродов, которые могли бы загрязнить материал.

В печи испытывают материалы для экстремальных условий, прежде всего для авиации и космонавтики: термозащиту, которая должна выдержать вход в атмосферу Земли или Марса, керамику и сплавы. Свет можно включить и перекрыть почти мгновенно, поэтому здесь удобно изучать тепловой удар — что происходит с материалом при резком скачке температуры. Ещё одно направление — получение водорода расщеплением воды при высоких температурах.

Одейо часто называют самой большой солнечной печью мира, но по мощности у неё есть ровня — установка «Солнце» в Паркенте под Ташкентом, построенная в 1980-х. Рядом с Одейо, в Таргассоне, стоит ещё и солнечная башня «Темис»: её построила энергокомпания EDF в 1983 году как экспериментальную электростанцию. По тому же башенному принципу работает и испанская станция PS10 под Севильей — там зеркала нагревают воду до 257 °C и крутят паровую турбину, а печь в Одейо электричество не вырабатывает вовсе.

Можно ли туда попасть

В 2009 году здание внесли в список исторических памятников Франции, в 2022-м оно появилось на почтовой марке. Туристический центр при печи работал с 1990 года, но 31 октября 2017-го закрылся. Внутрь лаборатории посетителей не пускают, а снаружи гелиостаты и зеркальную стену можно рассматривать свободно — лучше в ясный день, когда в параболе отражается весь склон.