На Луне гелий-3 присутствует в очень малых количествах, но его добыча может стать очень выгодным бизнесом. При этом общие запасы гелия-3 на Луне составляют около 1,3 млн тонн, а гелия-4 — 3,6 млрд тонн. Стоит отметить, что ещё в 2006 году в ракетно-космической корпорации "Энергия" говорили, что главной целью России на Луне будет разработка гелия-3. Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая.
Американцы займутся добычей гелия-3 на Луне
Он практически не достигает поверхности земли из-за плотной атмосферы нашей планеты. Что касается Луны, которая лишена воздуха, то гелий-3 находится на ней в форме соединений с лунной пылью. Расчеты показывают, что гелий-3 является идеальным топливом для ядерной энергетики, так как исключительно эффективен и практически полностью безопасен. На Земле нет месторождений гелия-3 На Земле нет месторождений гелия-3, но его выделяют в небольших количествах при распаде трития.
Однако ничего подобного на Луне нет, и лишь очень малая доля ионов солнечного ветра навсегда остается в верхнем слое лунного грунта - реголите. А всего на Луне около миллиона тонн этого изотопа, по земным меркам очень много. При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива хватило бы на 10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива газа, нефти, угля на Земле. Тем не менее с технической точки зрения процесс добычи довольно прост и в подробностях разработан энтузиастами колонизации Луны см.
Чтобы обеспечить современную годовую потребность Земли в энергии, необходимо завезти с Луны всего лишь около 100 тонн гелия-3. Именно это количество, соответствующее трем-четырем рейсам космических челноков - шаттлов, и завораживает своей доступностью. Однако сначала надо перекопать около миллиарда тонн лунного грунта - не такое уж большое количество по меркам горной промышленности: например, угля за год в мире добывают два миллиарда тонн в России - около 300 миллионов тонн. Конечно, содержание гелия-3 в породе не слишком велико: например, разработка месторождений считается экономически эффективной, если золота в них содержится не менее нескольких граммов, а алмазов - не менее двух каратов 0,4 г на тонну. В этом смысле гелий-3 можно сравнить разве что с радием, которого с начала ХХ века было получено всего лишь несколько килограммов: после обработки тонны чистого урана получается только 0,4 грамма радия, не говоря уже о проблемах добычи самого урана. В начале прошлого века, в период романтического отношения к радиоактивности, радий был довольно популярен и известен не только физикам, но и лирикам: вспомним фразу В. Маяковского: "Поэзия - та же добыча радия.
В грамм добыча, в год труды". Зато гелий-3 дороже практически любого вещества, используемого человеком, - одна тонна стоила бы как минимум миллиард долларов, если пересчитать энергетический потенциал гелия в нефтяной эквивалент по бросовой цене 7 долларов за баррель. Газ легко выделяется из реголита, нагретого до нескольких сотен градусов, скажем, при помощи зеркала-концентратора солнечных лучей. Не забудем, что еще надо отделить гелий-3 от гораздо большего количества других газов, в основном от гелия-4. Это делают, охлаждая газы до жидкого состояния и пользуясь незначительной разницей температур кипения изотопов 4,22 К для гелия-4 или 3,19 К для гелия-3. Другой изящный способ разделения основан на использовании свойства сверхтекучести жидкого гелия-4, который может самостоятельно перетечь через вертикальную стенку в соседнюю емкость, оставив после себя только несверхтекучий гелий-3 см. Увы, заниматься всем этим придется в безвоздушном пространстве, не "в тепличных" условиях Земли, а на Луне.
Придется переселить туда несколько шахтерских городов, что, в сущности, означает колонизацию Луны. Сейчас за безопасностью нескольких космонавтов на околоземной орбите следят сотни специалистов и в любой момент экипаж может вернуться на Землю. Если в космосе окажутся десятки тысяч человек, им придется жить в условиях вакуума самостоятельно, без детального присмотра с Земли, и обеспечивать себя водой, воздухом, топливом, основными строительными материалами. Впрочем, водорода, кислорода и металлов на Луне достаточно. Многие из них могут быть получены как побочный продукт добычи гелия. Тогда, вероятно, гелий-3 сможет стать выгодным товаром для торговли с Землей. Но поскольку люди, находящиеся в столь сложных условиях, будут нуждаться в гораздо большем количестве энергии, чем земляне, лунные запасы гелия-3 могут показаться нашим потомкам не такими уж безграничными и привлекательными.
Кстати, на этот случай есть и альтернативное решение. Если уж инженеры и физики найдут способ справиться с удержанием в десять раз более горячей, чем нужно для современного токамака, гелиевой плазмы задача, кажущаяся сейчас совершенно фантастической , то, увеличив температуру еще всего лишь в два раза, мы "зажжем" и реакцию синтеза с участием протонов и бора. Тогда все проблемы с топливом будут решены, причем за гораздо меньшую цену: бора в земной коре больше, чем, например, серебра или золота, он широко используется как добавка в металлургии, электронике, химии.
В результате, даже если предположить, что в синтезе участвует только одна сотая солнечного вещества, находящаяся в его ядре, энерговыделение составляет всего лишь 0,02 ватта на килограмм. Впрочем, именно этой медлительности, объясняемой в первую очередь небольшой, по звездным меркам, массой светила Солнце относится к категории субкарликов и обеспечивающей постоянство потока солнечной энергии на многие миллиарды лет, мы обязаны самим существованием жизни на Земле. В звездах-гигантах преобразование материи в энергию идет значительно быстрее, но в результате они сжигают себя полностью за десятки миллионов лет, не успев даже толком обзавестись планетными системами. Задумав провести термоядерный синтез в лаборатории, человек собирается таким образом перехитрить природу, создав более эффективный и компактный генератор энергии, чем Солнце.
Однако мы можем выбрать гораздо более легко осуществимую реакцию - синтез гелия из дейтерий-тритиевой смеси. Планируется, что проектируемый международный термоядерный реактор - токамак "ИТЕР" сможет достичь порога зажигания, от чего, впрочем, еще очень и очень далеко до коммерческого использования термоядерной энергии см. Основная проблема, как известно, состоит в том, чтобы удержать плазму, нагретую до нужной температуры. Так как никакая стенка при такой температуре не избежит разрушения, то удерживать плазменное облако пытаются магнитным полем. В водородной бомбе задача решается взрывом небольшого атомного заряда, сжимающего и нагревающего смесь до необходимой кондиции, но для мирного получения энергии этот способ мало подходит. О перспективах так называемой взрывной энергетики см. Главный недостаток дейтерий-тритиевой реакции - высокая радиоактивность трития, период полураспада которого составляет всего 12,5 лет.
Это самая радиационно-грязная из доступных реакций, причем настолько, что в промышленном реакторе внутренние стенки камеры сгорания необходимо будет менять через каждые несколько лет из-за радиационного разрушения материала. Правда, наиболее вредные радиоактивные отходы, требующие бессрочного захоронения глубоко под землей из-за большого времени распада, при синтезе не образуются совсем. Другая проблема заключается в том, что выделяемую энергию уносят в основном нейтроны. Эти не имеющие электрического заряда частицы не замечают электромагнитного поля и вообще плохо взаимодействуют с веществом, так что отобрать у них энергию непросто. Реакции синтеза без трития, например с участием дейтерия и гелия-3, практически радиационно безопасны, так как в них используются только стабильные ядра и не производятся неудобные нейтроны. Однако, чтобы "зажечь" такую реакцию, нужно, компенсируя более низкую скорость синтеза, нагреть плазму в десять раз сильнее - до миллиарда градусов одновременно решив задачу ее удержания! Поэтому сегодня подобные варианты рассматривают как основу будущих термоядерных реакторов второго, следующего за дейтерий-тритиевым, поколения.
Однако идея этой альтернативной термоядерной энергетики приобрела и неожиданных союзников. Сторонники колонизации космоса считают гелий-3 одной из основных экономических целей лунной экспансии, которая должна обеспечить потребности человечества в чистой термоядерной энергии. Однако для Земли гелий - экзотика. Это очень летучий газ. Земля не может удержать его своим тяготением, и почти весь первичный гелий, попавший на нее из протопланетного облака при образовании Солнечной системы, вернулся из атмосферы обратно в космос. Даже обнаружен гелий был сначала на Солнце, почему и получил название в честь древнегреческого бога Гелиоса. Позже его нашли в минералах, содержащих радиоактивные элементы, и, наконец, выловили в атмосфере среди других благородных газов.
Земной гелий имеет в основном не космическое, а вторичное, радиационное, происхождение: при распаде радиоактивных химических элементов вылетают альфа-частицы - ядра гелия-4. Гелий-3 так не образуется, и поэтому его количество на Земле ничтожно и исчисляется буквально килограммами. Запастись гелием космического происхождения с относительно большим содержанием гелия-3 можно в атмосферах Урана или Нептуна - планет достаточно больших, чтобы удержать этот легкий газ, или на Солнце.
Выяснили, что больше всего гелия содержится в минерале ильменит. На Луне он входит в морские базальты — породы, которые находятся в «лунных морях».
Они получили название море Спокойствия и океан Бурь.
На Луне ищут замену нефти
По словам ученых, гелий накопился в лунном грунте благодаря постоянному воздействию солнечного ветра — потока ионизированных частиц, сообщает RT. В последние годы возник интерес к добыче гелия-3 на Луне в связи с исследованиями потенциала использования этого изотопа в ядерной энергетике. Стартап Interlune, созданный бывшими руководителями Blue Origin, заявил о планах по добыче на Луне редкого гелия-3. Индия заявила о планах начать добычу ценного гелия-3 на Луне к 2030 году. Нельзя не упомянуть, что затраты на строительство добывающей гелий-3 шахты на Луне будут поистине астрономическими.
На Луне обнаружили новый минерал: почему это важно для энергетики
| Китай обнаружил на Луне новый минерал и ценный источник гелия-3 | Гелий-3 заносился на Луну солнечным ветром миллиарды лет и считается самым перспективным источником дешевой энергии благодаря способности вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. |
| На Луне найден новый минерал и источник «энергии для всех людей на Земле» | Изотоп гелий-3 на Луне. Помимо нового минерала, в лунном грунте была обнаружена большая концентрация изотопа гелия-3. |
Китайские ученые ищут гелий-3 в лунном грунте
Однако стоимость добычи этого источника энергии на Луне будет очень высокой. Для добычи каждого грамма гелия-3 потребуется перерабатывать 150 тонн реголита. Это не говоря про транспортировку изотопа на Землю. Тем не менее Китайское космическое агентство уже в 2024 году планирует отправить на Луну еще три миссии по изучению южного полюса спутника и приступить к возведению Международной лунной исследовательской станции.
Физические свойства Атомная масса гелия-3 равна 3,016 у гелия-4 она равна 4,0026, ввиду чего их физические свойства весьма отличаются. Гелий-3 кипит при 3,19 К гелий-4 — при 4,23 К , его критическая точка равна 3,35 К у гелия-4 — 5,19 К. Дополнен 12 лет назад Жидкий гелий-3 Квантовая жидкость, существенно отличающаяся по свойствам от жидкого гелия-4.
Жидкий гелий-3 удалось получить только в 1948 году. В 1972 году в жидком гелии-3 был обнаружен фазовый переход в сверхтекучее состояние при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм. Ранее считалось, что сверхтекучесть, как и сверхпроводимость — явления, характерные для бозе-конденсата, то есть кооперативные явления в среде с целочисленным спином объектов.
За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 г. В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены Алексей Алексеевич Абрикосов, Виталий Лазаревич Гинзбург и Энтони Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3. Использование Счётчики нейтронов Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов.
Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.
По разным оценкам, от одного до пятисот миллионов тонн того же гелия-3. И хотя технология по его использованию на Земле еще только отрабатывается, начинать рассматривать проект по его добыче надо уже сегодня. По подсчетам, на создание промышленного термоядерного реактора уйдет около тридцати лет - этого как раз хватит на то, чтобы организовать добычу гелия-3. Сначала отправим к Луне зонды - автомата вполне достаточно для решения задачи сбора первичной информации. А вот для промышленного освоения потребуется человек. Стало быть, надо готовиться к тому, что в космос скоро полетят не только космонавты-испытатели, но и представители гражданских профессий - инженеры, механики, геологи. С того, что есть. Сегодняшние технологии позволяют осуществить первые пилотируемые полеты к Луне на кораблях "Союз" с разгонным блоком ДМ.
Конечно, "Союз" придется модернизировать - будем использовать технологию сборки на орбите, проще говоря, на МКС. Денег на это пока нет: в Федеральной космической программе нет упоминания о пилотируемых полетах на Луну. Наша корпорация предлагает это исправить, разработав лунную программу. По вашим расчетам, сколько это будет стоить? Шесть полноценных экспедиций с высадкой на Луну, базируясь на нынешних технологиях, - порядка 2,5 миллиарда долларов. Но прежде чем высаживать на Луне человека, надо будет провести рекогносцировку на местности, отработать технологии, спуск и подъем. Иными словами, общее число экспедиций около десяти, шесть из которых будут пилотируемыми. Представим, что вам дали добро и средства. Как быстро РКК "Энергия" могла бы реализовать задуманное? В 2010 году к Луне полетел бы зонд, в 2012-м - пилотируемый облет Луны, а в 2014-м туда отправился бы человек.
И как это будет выглядеть в деталях? Если в 60-70-е годы прошлого века ставка делалась на супертяжелые лунные ракеты, то только потому, что сборка в космосе представлялась чем-то фантастическим. Сегодня было бы экономичнее и эффективнее собирать комплекс на орбите. Чтобы отправить человека на Луну, сначала надо отправить на окололунную орбиту взлетно-посадочный модуль. Следом мы делаем еще один полет - доставляем космонавтов на МКС: они там адаптируются и ждут сборки корабля с разгонным блоком. Дальше по схеме: летят к Луне, стыкуются с лунным модулем, опускаются на поверхность, работают, поднимаются и - в обратный путь. Он и разрабатывался когда-то для лунной программы. Без человека - с черепахами - он уже летал к Луне. А в 70-е к спутнику Земли должны были отправиться люди - готовились Леонов и Макаров. Но им предстояло лететь на "Протоне", у которого в то время слишком часто случались аварии.
В результате полет отменили. Но "Союз" - это вчерашний день. Что придет ему на смену?
СМИ: Китай работает над программой добычи гелия-3 на Луне 06. Об этом сообщает лондонская газета Times. По данным газеты, Китай сейчас работает над программой добычи гелия-3 на Луне.
Изотоп гелия-3 возникает на Солнце во время термоядерных реакций, а затем солнечным ветром распространяется в космосе.
Российские ученые обнаружили на Луне почти 1,5 млн тонн гелия-3, которого нет на Земле
О позиции редакции главный редактор объявляет особо. Адрес электронной почты, номер телефона редакции: dd stv24. Телеканал: «СвоёТВ. Ставропольский край»: Москаленко В.
В случае выхода термоядерной реакции из-под контроля человека, температура реакции в силу законов физики неизбежно упадет в миллиардные доли секунды, и реакция прекратится сама собой.
Таким образом, термоядерный реактор даже теоретически не сможет превратиться в водородную бомбу: «в худшем случае оплавится верхний слой металлических стенок реактора на глубину до 1 миллиметра, но и для этого требуется очень редкое стечение неблагоприятных факторов», — говорит Валентин Смирнов. Таким образом, термоядерная электростанция будет куда безопаснее атомной, не говоря о том, что отсутствие огромных расходов на эксплуатацию многоуровневых систем защиты сделает их более дешевыми по сравнению с АЭС. Остается решить вопрос с поставкой сырья. Где же можно недорого взять гелий-3?
Ученые полагают, что часть гелия могла возникнуть во время Большого взрыва, однако его большая часть образуется из дейтерия во время термоядерного синтеза на звездах. Поэтому практически весь доступный нам гелий-3 произведен на Солнце. Впрочем, лететь за ним на само светило отнюдь не обязательно — вместе с другими элементами потенциальное сырье для электростанций разносит солнечный ветер. Вот только на Земле этого изотопа крайне мало, всего несколько сот килограмм, что делает невозможным промышленную эксплуатацию «домашнего» сырья.
Самая близкая к нам кладовая этого вещества — Луна. Гелий-3 в виде мелких частиц льда распределен на ее поверхности почти равномерно, однако в районах «лунных морей» его концентрация превышает средние показатели в 5 раз, говорит директор Института геохимии и аналитической химии ГЕОХИ им. Здесь его и стоит добывать. По подсчетам ученого, одна тонна этого вещества даст такое же количество энергии, какое можно получить при сжигании 20 миллионов тонн!
Стоимость такого количества «черного золота» по сегодняшним ценам составляет примерно 10 миллиардов долларов. Одна тонна гелия-3 гарантированно загрузит работой в течение года термоядерную электростанцию мощностью 10 ГВт. При этом суммарная мощность электростанций России равна 215 ГВт, так что получается, что для обеспечения энергетических потребностей нашей страны потребуется всего около 20 т гелия-3 в год, а вся мировая электроэнергетика потребит около 200 тонн это сырья за год работы. Выходит, что нескольких запусков транспортных космических кораблей в год полностью хватило бы, чтобы обеспечить сырьем все электростанции России.
Сегодня запасы этого сырья только в верхних слоях естественного спутника Земли оцениваются примерно в 500 миллион тонн, таким образом, даже с учетом быстрого роста энергопотребления, полночное светило сможет снабжать человечество теплом и энергией 15 тысяч лет. А это куда больше, чем история отвела нефтяной эре. Добыча не будет легкой — одна тонна перспективного для переработки грунта содержит всего 10 миллиграмм гелия-3.
Зачем вообще добывать гелий-3 Большая часть добытого людьми гелия используется в лабораториях для научных целей. Гелий-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Это счётчики для измерения нейтронного потока. К примеру, нейтронные мониторы используют для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма. Также гелий-3 используют для достижения сверхнизких температур. Откачкой паров гелия-4 под вакуумом можно получить температуры до 0,7 К. Если же откачивать пары гелия-3, то можно вплотную приблизиться к условной границе криогенных и сверхнизких температур 0,3 К. Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур около 0,02 К. Российский токамак Т-15МД Самым же полезным видом применения гелия-3 является термоядерное топливо. Однако именно этого человечество ещё пока делать и не может ввиду отсутствия гелия-3 в необходимых количествах, а также сырой технологии создания и эксплуатации токамаков. Но в теории гелий-3 является чуть ли не идеальным вариантом ядерного топлива. Дейтерий-гелиевые реакции не производят радиоактивные отходы в том числе в случае аварий , обладают высокой энергоэффективностью, вместо малополезных нейтронов выделяют протоны, которые могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, а реакторы, по расчётам учёных, будут иметь меньшие эксплуатационные затраты. В чём проблема добычи гелия-3 Как уже было сказано, на Земле природный гелий-3 добывать если и возможно, то абсолютно не эффективно, а искусственное производство покрывает только интересы учёных. На Луне же находятся огромные запасы данного природного топлива. По данным издания World Security Network, стоимость добычи 1 тонны гелия-3 на спутнике Земли может составлять около 3 миллиардов долларов на 2014 год.
Лунные запасы О существовании на Луне гелия-3 узнали после анализа ее грунта, доставленного автоматическими станциями, а также вручную — ведь только в последнюю экспедицию американские астронавты прихватили с собой 117 кг такового грунта. Гелий-3 заносился на Луну солнечным ветром миллиарды лет и считается самым перспективным источником дешевой энергии благодаря способности вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. Однако для этого потребуются температуры порядка миллиарда градусов, что пока неосуществимо. Теоретически его использование предпочтительнее в дейтерий-тритиевом синтезе, о котором часто пишут, поскольку здесь в ходе реакции получаются свободные протоны вместо нейтронов, способных просуществовать за пределами реактора значительно дольше, а потому более опасных. По расчетам, общие запасы гелия-3 составляют 500 млн тонн, что примерно 36 г на тонну грунта, так что с одного кв. При термоядерном синтезе всего лишь из килограмма гелия-3 выделяется 19 МВт, а из одной тонны — энергии столько же, как при сжигании 15 млн тонн нефти. Чтобы обеспечивать энергией всю Землю на протяжении года, его потребуется всего-то 30 тонн. Так что его использование даст возможность полностью обеспечить всю Землю энергией на протяжении более 1000 лет. Недавно было заявлено, что гелия-3 хватит на 5000 лет. На нашей же планете таковой изотоп, по сути, отсутствует, в недрах его содержится не больше 1000 тонн, а концентрация слишком низка для рентабельной промышленной добычи. Насчет гелия-3 обсуждаются два варианта: либо перебрасывать его на Землю с помощью ракет и вырабатывать электроэнергию в земных реакторах, либо создавать таковые прямо на Луне и передавать вырабатываемую энергию, преобразуя в виде потоков, например по лазерному лучу. Считается, что это даже предпочтительнее, поскольку отпадает надобность в транспортировке, и, кроме того, тем же способом предполагается передавать на Землю энергию от солнечных батарей. Батареи намечается расположить по лунному экватору, развернув на площадях в несколько десятков кв. Уже идут работы по созданию самодвижущихся роботов, которые вместо людей будут осваивать Луну, строить установки по производству солнечных батарей из лунных материалов, а также по обогащению и переработке пород, содержащих гелий-3. Предполагается, что Луна станет базой запусков космических аппаратов для исследования других планет Солнечной системы, поскольку сила тяжести там в 6 раз меньше, чем на Земле, и вдобавок не надо преодолевать сопротивление воздуха ввиду его отсутствия. Есть и такие экзотические проекты, как усыпать ее поверхность тончайшим слоем мела, чья отражательная способность в несколько раз выше таковой лунного грунта, и таким образом освещать Луной Землю по ночам, обходясь без расходования электроэнергии на освещение улиц. Космические технологии Теме предстоящего освоения Луны посвящено множество публикаций как в научно-популярных ресурсах, так и в СМИ для широкой публики. Любопытно, что в большинстве статей, особенно американских, насаждается мнение, что в скором будущем Земле грозит энергетический голод и спасение придет с Луны с ее гигантскими запасами гелия-3 и возможностью покрыть ее поверхность солнечными батареями.
СМИ: Китай работает над программой добычи гелия-3 на Луне
В последние годы возник интерес к добыче гелия-3 на Луне в связи с исследованиями потенциала использования этого изотопа в ядерной энергетике. По словам учёных, «имеющиеся на Луне запасы гелия-3 могут обеспечить землян энергией, как минимум, на пять тысяч лет вперёд» (цитата по РИА Новости). В фантастической саге Иена Макдональда «Луна» (2015—2017) гелий-3 используется как топливо для термоядерных установок.
СМИ: Китай работает над программой добычи гелия-3 на Луне
| Вы точно человек? | Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли. |
| Луна на очереди: в Китае хотят добывать гелий-3 с поверхности спутника Земли | Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3. |
| Новые сверхдержавы родятся на Луне | Нельзя не упомянуть, что затраты на строительство добывающей гелий-3 шахты на Луне будут поистине астрономическими. |
| Вы точно человек? | Компания из США Interlune привлекла дополнительные инвестиции в размере 15 млн долларов и намерена начать добычу гелия-3 на Луне. |
| Китай будет добывать гелий-3 на Луне | Для этого американцам необходимо вернуться на Луну и построить там станцию для добычи гелия-3. Идея Шмитта не нова, однако он считает, что разработал первый реальный план добычи гелия-3 в качестве ядерного топлива. |
Один из стартапов планирует добычу гелия-3 на Луне
Гелий-3, которого на Луне во много раз больше, чем на Земле, считается наиболее перспективным компонентом термоядерных реакторов будущего – основы безуглеродной энергетики. найти ему применение. основы безуглеродной энергетики. Добыча гелия-3 потребовала бы астрономические суммы для организации на Луне горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Компания планирует в 2026 году доставить на поверхность Луны демонстрационный аппарат, который возьмет образцы реголита, после чего попробует извлечь из них гелий-3. эта добыча природных ископаемых на Луне может решить энергетический кризис, обеспечив человечество энергией на 10 000 лет впере.
СМИ: Китай работает над программой добычи гелия-3 на Луне
Многие из них могут быть получены как побочный продукт добычи гелия. Тогда, вероятно, гелий-3 сможет стать выгодным товаром для торговли с Землей. Но поскольку люди, находящиеся в столь сложных условиях, будут нуждаться в гораздо большем количестве энергии, чем земляне, лунные запасы гелия-3 могут показаться нашим потомкам не такими уж безграничными и привлекательными. Кстати, на этот случай есть и альтернативное решение. Если уж инженеры и физики найдут способ справиться с удержанием в десять раз более горячей, чем нужно для современного токамака, гелиевой плазмы задача, кажущаяся сейчас совершенно фантастической , то, увеличив температуру еще всего лишь в два раза, мы "зажжем" и реакцию синтеза с участием протонов и бора.
Тогда все проблемы с топливом будут решены, причем за гораздо меньшую цену: бора в земной коре больше, чем, например, серебра или золота, он широко используется как добавка в металлургии, электронике, химии. Различных боросодержащих солей горнообогатительные комбинаты выпускают сотни тысяч тонн в год, а если нам не хватит запасов на суше, то в каждой тонне морской воды содержится несколько граммов бора. И тот, у кого в домашней аптечке припасен пузырек борной кислоты, может считать, что у него есть собственный энергетический резерв на будущее. Литература Бронштейн М.
Солнечное вещество. Лунный грунт из моря изобилия. Подписи к иллюстарциям Илл. Гелиевый цикл реакций ядерного синтеза начинается со слияния двух протонов в ядро дейтерия.
На следующих этапах образуются более сложные ядра. Выпишем несколько первых наиболее простых реакций, которые понадобятся нам в дальнейшем. В частности, чем выше кинетическая энергия ядра и чем меньше его электрический заряд, тем больше шансов пройти электростатический барьер и тем выше скорость реакции см. Ключевой параметр теории термоядерной энергетики - критерий зажигания реакции - определяет, при какой плотности и температуре плазменного топлива энергия, выделяемая при синтезе пропорциональная скорости реакции, умноженной на плотность плазмы и время горения , превысит затраты на нагрев плазмы с учетом потерь и коэффициента полезного действия.
Наибольшая скорость у реакции дейтерия и трития, и, чтобы достичь зажигания, плазму с концентрацией около 1014 см-3 необходимо нагреть до полутора сотен миллионов градусов и удерживать 1-2 секунды. Чтобы добиться положительного баланса энергии в реакциях на других компонентах - гелии-3 или боре, меньшую скорость надо компенсировать, в десятки раз увеличивая температуру и плотность плазмы. Зато при удачном столкновении двух ядер выделяется энергия, в тысячу раз превосходящая энергию, потраченную на их нагрев. Начальные реакции гелиевого цикла, образующие дейтерий и тритий в солнечном ядре, идут настолько медленно, что соответствующие кривые в поле этого графика не попали.
Солнечный ветер - это поток разреженной плазмы, постоянно истекающей с солнечной поверхности в межпланетное пространство. Ветер уносит всего лишь около 3х10-14 солнечной массы в год, но именно он оказывается основным компонентом межпланетной среды, вытесняющим межзвездную плазму из окрестностей Солнца. Так создается гелиосфера - своеобразный пузырек радиусом примерно в сто астрономических единиц, движущийся вместе с Солнцем через межзвездный газ. К ее границе сейчас, как надеются астрономы, подлетают американские спутники "Вояджер-1" и "Вояджер-2", которые скоро станут первыми космическими аппаратами, покинувшими пределы Солнечной системы.
Впервые солнечный ветер обнаружила советская межпланетная станция "Луна-2" в 1959 году, однако косвенные свидетельства о наличии корпускулярного потока, идущего от Солнца, были известны и ранее. Именно солнечному ветру жители Земли обязаны магнитными бурями см. Примесь других элементов незначительна.
И весь гелий, который сегодня есть на Земле, образовался в результате радиоактивного распада. То есть на Земле существует практически только гелий-4. А гелий-3 образуется только на Солнце в результате происходящих там термоядерных реакций в основном на Солнце образуется гелий-4, но и гелия-3 там образуется тоже немало. С Солнца эти элементы разлетаются в пространство в виде так называемого "солнечного ветра" особый вид космических лучей. На Землю и другие планеты "солнечный ветер" не попадает: мешает атмосфера и магнитное поле. А вот, скажем, на Луну, лишенную атмосферы, частицы "солнечного ветра" попадают и "застревают" в поверхностном слое грунта. До некоторых пор эти факты представляли чисто теоретический интерес. В практической плоскости о гелии-3 заговорили, когда стало ясно, что нефть закончится в ближайшие десятилетия. Угля и газа хватит чуть подольше, но тоже не надолго. Очевидно, что единственный способ решения энергетической проблемы — это использование энергии атомного ядра. Однако и запасы урана тоже не бесконечны… Поэтому уже полвека неизменно популярна идея использования термоядерного синтеза. В термоядерных реакциях, происходящих на Солнце, четыре атома легкого изотопа водорода соединяются в один атом гелия с выделением энергии. Именно это низкое сечение реакции обеспечивает устойчивость Солнца — иначе на нем шла бы не устойчивая термоядерная реакция, а термоядерный взрыв. Для термоядерных реакций, производимых на Земле, нужен "тяжелый водород" - дейтерий. Однако, кроме дейтерия, для термоядерной реакции нужен второй компонент, атом которого должен быть в 3 раза тяжелее водорода. Это может быть либо "сверхтяжелый водород", который называется тритий, либо тот самый гелий-3. Тритий на Земле не существует, кроме того, он очень сильно радиоактивен и неустойчив. Именно такая реакция рассматривается как основная в планируемых проектах, в частности, в создаваемом международном проекте ИТЭР. Однако недостатком такой реакции является, во-первых, необходимость для нее сильно радиоактивного трития, а, во-вторых, то, что в ходе такой реакции возникает сильное нейтронное излучение. Поэтому в последнее время создаются проекты «безнейтронной» термоядерной реакции, топливом для которой служит гелий-3 — легкий изотоп гелия. Преимущество реакций на гелии-3 по сравнению с дейтериево-тритиевой реакцией в том, что, во-первых, для нее не требуется радиоактивных изотопов в качестве топлива, а, во-вторых, получаемая энергия уносится не с нейтронами, а с протонами, из которых извлечь энергию будет легче. Единственная проблема — практическое отсутствие гелия-3 на Земле. Но, как сказано выше, гелий-3 есть в лунном грунте. Поэтому для того, чтобы иметь источники энергии после того, как подойдет к концу ископаемые виды топлива, космические агентства разных стран разрабатывают планы строительства базы на Луне, которая будет перерабатывать лунный грунт который называется реголит , добывать из него гелий-3 и в сжиженном виде доставлять его на термоядерные электростанции на Земле. Одной тонны гелия-3 хватит, чтобы обеспечить энергетические потребности всего человечества на несколько лет, что окупит все затраты на создание лунной базы. Буш уже поставил задачу: создать американскую лунную базу в 2015-2020 годах. А что же сегодня предпринимается в России? Приведем подборку сообщений информационных агентств "Россия может возобновить лунную программу в течение нескольких лет 15 января 2004 г. По словам Моисеева, "со стороны ученых поступает много инициатив по организации экспедиций на Луну и Марс, однако пока неизвестно, какая из них будет включена в федеральную программу".
По его словам, "есть клиенты, которые уже сегодня хотят их купить". Масштабный проект, который кажется прибыльным Гелий-3 способен обеспечить неограниченный запас энергии. Один литр оценивается в несколько тысяч долларов. Именно поэтому Министерство энергетики США работает над его переработкой. Учитывая это, Мейерсон говорит, что в краткосрочной перспективе гелий-3 будет востребован в индустрии сверхпроводящих квантовых вычислений и для медицинской томографии. В более отдаленной перспективе гелий-3 может быть использован в качестве топлива для термоядерных реакторов. Однако различные исследователи задаются вопросом, как компания будет добывать газ из лунного реголита с выгодой для себя. Вероятно, для получения одного грамма гелия-3 компании придется переработать десятки или даже сотни тонн лунного реголита. Но Мейерсон не переживает. Проект Interlune основан на ключевой технологии: низкоэнергетическом процессе добычи лунного газа. Компания также работает над запуском демонстрационной миссии, запланированной на 2026 год. В ходе этой миссии будут взяты образцы лунного реголита, измерено количество гелия-3 и предпринята попытка его извлечения.
Чтобы его получить из реголита, потребуется просеять огромное количество грунта. Это все равно что пытаться добыть золото из соленой морской воды. Однако американцы не отказываются от этой фантастической идеи. Потому что, по расчетам ученых, это хотя и очень дорого, но и очень выгодно. Такие расчеты в 2012 году сделал доктор физико-математических наук, заведующий отделом исследований Луны и планет Государственного астрономического института МГУ им. Ломоносова Владислав Шевченко. В США даже проводятся конкурсы на лучший проект лунного экскаватора, который сможет эффективно перерабатывать внеземной грунт и искать драгоценные ресурсы. Что еще там, на Луне? Кроме ценного гелия-3, на Луне за последние годы был обнаружен кислород, водород и значительные запасы воды в виде льда. Эти ресурсы будут крайне востребованы, если дело все-таки дойдет до колонизации Луны и строительства постоянных лунных баз. Ученые уже придумали , как добывать воду и кислород прямо на спутнике Земли с помощью реактора, который способен поддерживать жизнь экипажа из шести-восьми человек. Если американцы будут копать грунт своими лунными экскаваторами, они обязательно откопают металлы: железо, алюминий, титан, торий, хром, магний. И добудут калий, натрий, кремний и фосфор.
Вы точно человек?
На Луне же, где нет атмосферы, гелий-3 из солнечного ветра и межпланетной среды попадает на поверхность и сохраняется в реголите. Американский стартап Interlune предложил первый в своем роде проект по коммерческой добыче вещества под названием гелий-3 на Луне и отправке его на Землю. Как уже было сказано, на Земле природный гелий-3 добывать если и возможно, то абсолютно не эффективно, а искусственное производство покрывает только интересы учёных. На Луне гелий-3 присутствует в очень малых количествах, но его добыча может стать очень выгодным бизнесом. Компания планирует в 2026 году доставить на поверхность Луны демонстрационный аппарат, который возьмет образцы реголита, после чего попробует извлечь из них гелий-3.
Другие новости
- Правила комментирования
- Стартап Interlune планирует к 2030 году начать добычу гелия-3 на Луне / Хабр
- Что такое гелий-3 и где его искать
- СМИ: Китай работает над программой добычи гелия-3 на Луне
- Добыча гелия-3: к новому видению лунной экономики
- Китай нашел гелий-3 на Луне: великая гонка начинается | Ближайшее будущее