Ровно 125 лет назад в этот день американский изобретатель Альберт Маршалл запатентовал холодильник, хотя прототип такого устройства американский торговец сливочным маслом Томас Мур построил еще в 1803-м. Впоследствии появились электрические холодильники, которые, конечно, кардинально изменили повседневную жизнь людей. Увы, некоторым владельцам техническая новинка стоила жизни.
Однажды утром Альберт Эйнштейн, который к 1925 году уже совершил прорыв в теоретической физике, сформулировав общую и специальную теории относительности и теорию фотоэффекта, прочитал в газете о трагедии одной берлинской семьи. И задумался о том, как предотвратить подобные смерти в будущем.
Смертельные холодильники
В 1920-х годах электрический холодильник все еще был предметом роскоши, который довольно медленно заменял старые, проверенные временем ледники. Последние представляли собой изолированное помещение, зачастую подземное, в котором поддерживалась относительно низкая температура. Туда заносили лед, который медленно таял, охлаждая пространство, чтобы сохранять продукты. Разумеется, его требовалось регулярно обновлять, поэтому существовали компании, специализировавшиеся на доставке льда потребителям.
Но высокая цена была не худшей из проблем холодильников: хладагенты, использовавшиеся в первых приборах — метилхлорид, аммиак и диоксид серы, — были очень токсичны, и их утечка могла стать смертельной. Именно это и стало причиной смерти целой семьи, о которой сообщили берлинские газеты. Новость, потрясшая Эйнштейна, была далеко не первой аварией со смертельными последствиями.
Термодинамика во имя спасения
Заинтересовавшись проблемой смертельно ненадежных холодильников, Эйнштейн предложил поработать вместе над ее решением Лео Силарду, своему вчерашнему студенту в Берлинской высшей технической школе, физику венгерского происхождения. В будущем Силард станет физиком-теоретиком, вместе с Энрико Ферми рассчитает критическую массу урана-235, примет участие в создание первого ядерного реактора и ядерной бомбы. А пока Эйнштейн советует молодому Лео заняться прикладными проблемами и получить хотя бы несколько патентов. Видимо, сказался опыт работы патентным поверенным.
В студенческие годы Силард занимался исследованиями в области термодинамики — науки, изучающей способы передачи и преобразования энергии в веществе. Эйнштейн и Силард, изучив конструкцию тогдашних холодильников, поняли, что токсичные газы — не единственный их недостаток. Сложный механизм компрессора с подшипниками и уплотнителями был ненадежным и часто ломался, что и приводило к утечкам.
Вспомнив основы термодинамики, физики поняли, что могут разработать более надежную систему без движущихся частей.
Тот ли это Эйнштейн?
Совместные изыскания Эйнштейна и Силарда — большая часть которых, вероятно, пришлась на последнего — переросли в семилетнее сотрудничество с техническим участием венгерского инженера Альберта Короди. По результатам своих трудов они подали более 45 патентных заявок в шести странах, включая США, где заявка была удовлетворена в ноябре 1930 года. Рассматривавший ее патентный поверенный с удивлением написал заявителям в ответном письме: «Мне было бы интересно узнать, является ли Альберт Эйнштейн тем же человеком, который выдвинул теорию относительности».
Эйнштейн и Силард запатентовали так называемый абсорбционный холодильник — систему без движущихся частей, которая использует вещества, охлаждающиеся путем испарения, и источник тепла, заменяющий компрессор. Сегодня такой принцип используется в переносных холодильниках. Эйнштейн и Силард усовершенствовали систему шведской компании Electrolux, использовав смесь воды и аммиака и бутан в герметичном контуре, что предотвращало возможные утечки.
Чтобы начать процесс охлаждения, необходимо подать в прибор тепло. Его источником может быть солнечная энергия, газовая плита или любой другой нагреватель. Под воздействием тепла аммиак испаряется из смеси. Затем он конденсируется в другой части холодильника, освобождая тепло. Этот процесс создает разницу в давлении между двумя частями системы. Бутан, который абсорбирует (то есть поглощает) аммиак, испаряется при низком давлении, что приводит к охлаждению окружающей среды. Таким образом холодильник охлаждает продукты без использования движущихся деталей.
Также физики запатентовали и две другие конструкции безопасного холодильника, которые были основаны на разных концепциях — диффузии и электромагнетизме. В последнем электромагнитное поле перемещало жидкий металл, который заменял поршень компрессора. Этот насос, кстати, позже применялся для охлаждения ядерных реакторов.
Фреоны побеждают
Изобретатели подписали соглашения с компаниями Electrolux и AEG, и последняя даже создала работающий прототип. Но дальше дело не пошло. В 1930-е в Германии пришла к власти нацистская партия, а Великая депрессия вызвала экономический спад по всему миру. AEG прекратила исследования, Эйнштейн и Силард были вынуждены бежать из Германии. Судьба прототипа остается неизвестной.
Впрочем, был и технологический фактор, который обрек проект на провал. В 1930 году в США представили первые холодильники, работавшие на относительно безопасном (по сравнению с предшественниками, конечно) фреоне. Они оказались эффективнее, чем абсорбционные холодильники. Разумеется, в то время никто не подозревал, что хлорфторуглероды нанесут огромный ущерб озоновому слою планеты, так что бытовые приборы на фреоне быстро распространились по миру.
В 2005 году в Университет Ольденбурга построили работающий абсорбционный холодильник. В 2008 году группа из Оксфордского университета во главе с Малкольмом Маккалоком возродила проект с целью создания экологически чистого прибора, который был бы эффективнее традиционных холодильников и мог бы питаться от солнечной энергии в районах, куда не проведено электричество. Впрочем, к реальному результату эти исследования не привели. Фреоны в холодильниках запрещены, их заменили безопасные для озонового слоя хладагенты. Но кто знает, возможно, холодильник Эйнштейна и Силарда еще дождется своего звездного часа.