Образование гелия-3: гелий формируется на Солнце, космическое излучение превращает гелий в гелий-3, атмосфера Земли и ее магнитное поле отбрасывают гелий-3, гелий-3 концентрируется на Луне. Почему ученые считают, что гелий-3, который в изобилии содержится на Луне может помочь человечеству преодолеть энергетический кризис? Программа освоения и добычи гелия-3 с Луны на Землю с целью снабжения термоядерной энергетики топливом идеально отвечает этим требованиям. Американский стартап Interlune предложил первый в своем роде проект по коммерческой добыче вещества под названием гелий-3 на Луне и отправке его на Землю.
Новые сверхдержавы родятся на Луне
Стартап Interlune, основанный экс-сотрудниками Blue Origin, рассчитывает в ближайшие годы запустить на Луне добычу гелия-3. Для добычи гелия-3 нужно будет переработать прямо на спутнике миллионы тонн лунного грунта (даже при условии, что на Луне изотопа сильно больше, чем на Земле, его содержание все равно не больше 0,01 г на тонну). Амбициозные планы добычи гелия-3 на Луне, на полном серьезе рассматриваемые не только космическими лидерами (Россия и США), но и новичками (Китай и Индия), связаны с надеждами, которые возлагают на этот изотоп энергетики.
На Луне обнаружили новый минерал: почему это важно для энергетики
Запасов же гелия-3 на Луне около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет. Добыча гелия-3 потребовала бы астрономические суммы для организации на Луне горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Гелий-3 переносится на Луну солнечным ветром и, как полагают, остается на поверхности, застряв в грунте, тогда как при достижении Земли он блокируется магнитосферой. пишет Times, со ссылкой на китайского ученого. Добыча гелия-3 на Луне будет сложным и многоступенчатым процессом. эта добыча природных ископаемых на Луне может решить энергетический кризис, обеспечив человечество энергией на 10 000 лет впере.
Выходцы из Blue Origin собрались добывать гелий-3 на Луне в скором будущем
Основной проблемой на данный момент времени остается реальность добычи гелия из лунного реголита. Содержание необходимого энергетике гелия-3 составляет примерно 1 грамм на 100 тонн лунного грунта. А это значит, что для добычи 1 тонны данного изотопа потребуется переработать не менее 100 млн.
Лунная гонка Разговоры о колонизации Луны и освоении ее ресурсов ведутся с самого первого полета космических аппаратов на спутник Земли. Последние астронавты американской миссии «Аполлон» вернулись из экспедиции в декабре 1972 года. Советская лунная программа завершилась в 1976 году.
Но лунная гонка, начавшаяся в 1960-е годы, продолжается и сегодня. Высокопоставленные специалисты из США и России выдвигают совершенно фантастические сценарии колонизации Луны и даже называют даты. Например, в начале 2006 года глава РКК «Энергия» Николай Севастьянов заявлял о планах отработать транспортную схему для доставки на Землю гелия-3.
Мол, база будет состоять из 12 отсеков, экипаж — из шести человек, доставлять космонавтов и грузы на орбиту будет новый многоразовый корабль «Клипер» с 2015 года. Вопрос «кто первый» по-прежнему беспокоит и США, и Россию. И прямо сейчас мы наблюдаем продолжение лунной гонки.
Можно предположить, что Трамп пошел на такой шаг не только ради сенсации, но и для успокоения американских корпораций, которые вкладывают средства в призрачные лунные программы. Дело в том, что NASA, чтобы привлечь частный капитал, еще в 2014 году объявило о приеме заявок от компаний на разработку полезных ископаемых Луны, а также о старте программы по созданию аппаратов для полетов. Бизнесменам была обещана некая коммерческая выгода, если они займутся добычей на спутнике Земли гелия-3 и редкоземельных металлов.
Трудно продавать абстрактную Луну, если нет закона о том, что ее ресурсы принадлежат американцам.
Один из них — "Луна-25" — займётся поисками водяного льда на южном полюсе, ещё один — "Луна-27" — возьмёт пробы грунта. Стоит отметить, что ещё в 2006 году в ракетно-космической корпорации "Энергия" говорили, что главной целью России на Луне будет разработка гелия-3. Это вещество можно будет использовать как топливо для термоядерных реакторов.
Да и добыча этого вещества на Луне не будет легкой. Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая. Основной проблемой на данный момент времени остается реальность добычи гелия из лунного реголита. Содержание необходимого энергетике гелия-3 составляет примерно 1 грамм на 100 тонн лунного грунта.
Выходцы из Blue Origin собрались добывать гелий-3 на Луне в скором будущем
Камень Чанъэ дает надежду на то, что на Луне действительно много гелия-3, который потенциально можно будет использовать для атомной энергии нового поколения. Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая. На Луне концентрация гораздо выше, минимальная оценка запасов превышает 500 тысяч тонн.
На Луне ищут замену нефти
Автор говорит, что даже при сегодняшнем уровне развития техники такой проект был бы вполне экономически рентабельным: «Отпускная цена электроэнергии в мире составляет от 5 до 10 центов за кВт. Из простейшей арифметики видно, что доставка с Урана гелия-3 будет оставаться рентабельной даже при цене 1 тонны в 10 млрд. Цена же выведения на орбиту одного подобного завода составляет 10 млн. Стали уже привычными слова, что наукоемкие отрасли ядерная, космическая и др. Случай с гелием-3 - тот самый случай. Этот способ, который позволит решить энергетическую проблему на достаточно длительное время, в случае, если найдутся возможности изыскать средства для его реализации, сможет стать шансом на прогресс российских наукоемких отраслей: как космонавтики что является предметом для отдельного разговора , так и термоядерной техники. В настоящий момент есть два магистральных направления в термоядерном синтезе: токамаки и лазерный синтез. Первый из этих вариантов сейчас реализуется в проекте международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Принцип действия токамака таков: в плазменном сгустке создавается электрический ток, и при этом, как у всякого тока, у него появляется собственное магнитное поле - сгусток плазмы как бы сам становится магнитом. И тогда с помощью внешнего магнитного поля определенной конфигурации подвешивали плазменное облако в центре камеры, не позволяя ему соприкасаться со стенками. В газе всегда есть свободные ионы и электроны, которые начинают двигаться в камере по кругу.
Этот ток нагревает газ, количество ионизированных атомов растет, одновременно увеличивается сила тока и повышается температура плазмы. А значит, количество водородных ядер, слившихся в ядро гелия и выделивших энергию, становится все больше. Однако эксперименты, начатые почти пятьдесят лет назад в московском Институте атомной энергии, показали, что плазма, подвешенная в магнитном поле, оказалась неустойчивой — сгусток плазмы очень быстро «распадался» и вываливался на стенки камеры. Оказалось, что к неустойчивости приводит комбинация целого ряда сложных физических процессов. Кроме того, оказалось, что время устойчивого удержания плазмы возрастает с увеличением размеров установки. А несколько лет назад специалисты пришли к выводу, что оставшиеся нерешенные проблемы нужно исследовать на установке, максимально приближенной к реальному энергетическому термоядерному реактору. Это понимание и привело к работам по созданию ИТэРа. От всех других установок и методов этот вариант проведения управляемой термоядерной реакции отличается прежде всего тем, что он в основном уже вышел из сферы сомнений и поисков. Благодаря накопленной за пятьдесят лет исследований обширной базе физических и инженерно-технических данных он вплотную подошел к стадии экспериментального реактора. Это, видимо, и вдохновило международное сообщество на создание ИТЭРа — ученые решили, что даже богатой стране нет никакого смысла делать термоядерный реактор в одиночку - результатом будут знания и опыт, которые все равно станут общим достоянием и в национальную экономику сразу ничего не внесут.
В то же время, объединив усилия, можно резко ускорить продвижение к своему работающему термояду и снизить собственные затраты. А его концептуальное проектирование по инициативе нашей страны началось на четыре года раньше. Другое направление на пути к управляемой термоядерной реакции — это лазерный термоядерный синтез ЛТС. Он заключается в том, что мишень из "сырья" для термоядерной реакции облучается со всех сторон лазерными лучами, и таким образом там создаются условия, достаточные для осуществления термоядерной реакции. Сложность в том, как это осуществить технически. Моя диссертационная работа состоит в проведении компьютерного моделирования явления оптического резонанса в сферичеких мишенях при лазерном облучении. Расчеты показывают, что при определенных условиях в оптической мишени происходит концентрация энергии, при которой могут возникнуть условия, необходимые для термоядерной реакции. То государство, которое освоит технологии термоядерного синтеза эту технологию раньше других, получит огромные преимущества перед другими.
Ядро гелия-3 состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от более тяжёлого стабильного изотопа — гелия-4, имеющего в составе два протона и два нейтрона индексы изотопам дали как раз по количеству элементарных частиц. В 1939 году Луис Альварес и Роберт Корног смогли экспериментально подтвердить существование гелия-3. Однако это открытие не вызвало у учёных особого энтузиазма. Всё изменилось с 1969 года, когда «Аполлон-11» доставил на Землю первые образцы лунного грунта. Оказалось, что лунный реголит относительно богат на гелий-3. Учёные взялись за детальное исследование возможностей данного изотопа гелия. Подписывайтесь на наш Телеграм Что такое ядерный синтез Для человечества в современном его виде добыча энергии является основополагающим фактором для комфортного существования. Из химических процессов наиболее эффективной в качестве получения энергии является реакция взаимодействия с кислородом — горение, которая сегодня служит основным источником энергии на электростанциях, транспорте и в быту. Ядерные реакции в этом смысле подобны химическим, только энергия связи протонов и нейтронов в ядре значительно больше, чем та, что связывает атомы в молекулы. Поэтому одна тонна ядерного топлива может легко заменить миллионы тонн нефти. Но для выделения из него энергии нужно приложить немало сил нагреть его до сотен миллионов градусов, чтобы запустить термоядерную реакцию. В природе подобные процессы происходят в недрах звёзд. Солнце — пример космического объекта, где происходят природные термоядерные реакции Люди подобную реакцию могут повторить пока только в военных целях водородная бомба. Чтобы удержать такую энергию в каком-нибудь месте и использовать в своих целях, нужны более сложные технологии. Одним из теоретических вариантов являются термоядерные реакторы токамаки , в которых изначально планировалось синтезировать гелий из дейтерий-тритиевой смеси.
Транспортировкой гелия-3 могут заняться SpaceX или бывшая компания Мейерсона Blue Origin , которая разрабатывает многоразовые лунные посадочные модули и системы транспортировки между лунной орбитой и Землёй. Ключевая технология Interlune — это процесс добычи газа на Луне. Компании, вероятно, придётся переработать от десятков до сотен тонн лунного реголита для производства одного грамма гелия-3. Для этого Interlune разработала некое устройство, подобности о котором не разглашаются. Мейерсон называет его «энергоэффективным процессором». Венчурная компания Seven Seven Six возглавила последний раунд сбора средств для Interlune. Инвесторы ожидают появления в ближайшем будущем рынка гелия-3 и видят значительный потенциал его развития, если добыча гелия-3 на Луне станет реальностью. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
Вместе с тем, в США уже подсчитали, что имеющиеся на Луне запасы гелия-3 могут обеспечить землян энергией, как минимум, на пять тысяч лет вперед", — сказал Шевченко. Но при этом 25 тонн — а это всего 25 миллиардов долларов, что не так уж много в масштабах государств нашей планеты — хватит для обеспечения энергией землян в течение года. В настоящее время в год только США тратит на энергоносители примерно 40 миллиардов долларов. Выгода очевидна", — отметил Шевченко.