Mi a hélium 3. Hélium3 – a jövő mitikus üzemanyaga

Űrprogram Az Égi Birodalom nagyon gyors ütemben fejlődik. Nem sokkal ezelőtt a Chanye-3 leszállómodul a hibernálás 14. szakaszából emelkedett ki és folytatta munkáját (ne keverjük össze a Yutu-val, a holdjáró tönkrement, nem a leszálló modul). Egy másik kínai eszköz, a Chanye 5-T1 nemrég sikeresen visszatért a Földre.

A következő küldetés feladata 4 kilogramm holdkőzet összegyűjtése és szállítása közvetlenül a Földre, kínai tudósok kezébe. Ezt a feladatot egy másik szondának, a Chanye 5-nek kell elvégeznie. Miért van szükségük a kínaiaknak holdsziklára? A Földön található ritka hélium izotóp - a hélium-3 - tartalmának felmérése. Még augusztusban a kínaiak azt mondták, hogy a Hold nagyon ígéretes forrása ennek az izotópnak, amelyet „tiszta” termonukleáris reakció végrehajtására lehet használni.

Már kiszámolták, hogy a hőreakció során csak 0,02 gramm hélium-3 nukleáris fúzió annyi energiát szabadít fel, mint egy hordó olaj teljes elégetésekor felszabaduló energia. A DailyMail újságírói számításai szerint 40 tonna hélium-3 elegendő lenne ahhoz, hogy az Egyesült Államokat energiával láthassa el Egész évben.

A Naprendszerben a hélium-3 fő forrása a Nap, amely a „napszél” útján juttatja el az izotópot a Holdra. A hélium-3 jelenléte miatt szinte soha nem éri el a Földet mágneses mezőés ionoszféra. A World Security Network szerint 1 tonna hélium-3 kitermelésének költsége a Holdon 3 milliárd dollár lehet, ami gazdaságilag életképes. Amerikai szakértők úgy vélik összköltsége A hélium-3 Földre szállítására szolgáló infrastruktúra létrehozása (űrhajók létrehozása, a Holdon való munka megkezdése, a hélium-3-mal termonukleáris reakciót lebonyolító berendezések fejlesztése) körülbelül 20 milliárd dollárt tesz ki, egy ilyen projekt időtartama 20 év .

De térjünk vissza a kínaiakhoz. Mind nagyon gyakorlatias emberek, és nem valószínű, hogy a Holdra szóló expedíciót csak úgy megszervezték volna. De a hélium-3 elég ösztönző lehet a kínaiak számára egy hosszú távú projekt kidolgozására a Hold tanulmányozására. Amint látjuk, a projekt beköltözése közben a helyes irányba. Nos, ha minden sikerül (végül is több mint elég technikai probléma van a projekt megvalósítása során - csak emlékezni kell arra, hogy minden hosszadalmas reakció termonukleáris fúzió még nem sikerült elérni), akkor az emberiséget 10 ezer évre energiával látják el - a Hold hélium-3 készletei nagyon nagyok, és 10 millió tonnára becsülik.

Hélium 3 - a jövő energiája

Mindannyian tudjuk, hogy olajunk nem végtelen, és kutatások is bizonyították szerves eredetét – ez azt jelenti, hogy az olaj nem megújuló erőforrás. Az olaj gyúlékony olajos folyadék, amely vörösesbarna, néha majdnem fekete színű szénhidrogének keveréke, bár néha enyhén sárgászöld, sőt színtelen olaj is előfordul, sajátos szagú, és széles körben elterjedt a Föld üledékes héjában. ; az egyik legfontosabb ásvány. Az olaj körülbelül 1000 egyedi anyag keveréke, amelyek többsége folyékony szénhidrogén. Elveszi az olajat vezető hely a világ tüzelőanyag- és energiamérlegében: részesedése a teljes energiafelhasználásból 48%. Ezért olyan fontos az emberiség számára az olaj, mint energiaforrás.

Tovább Ebben a pillanatban A fő energiaforrások: hőerőművek, hőerőművek, atomerőművek.

A grafikonon jól látható, hogy csak azok a hőerőművek büszkélkedhetnek vezető pozícióval, amelyek nem megújuló erőforrásokat használnak tüzelőanyagként, mint például az olaj (az olajból nyert mindenféle tüzelőanyag), a szén és a gáz.

A vízerőművek csak 20%-át teszik ki, és még akkor is, ha a világ elkezdi használni maximális összeget A vízierőművek alatti folyókban az összes vízerőmű által felszabaduló összenergia nem lesz képes kielégíteni az emberiség szükségleteit.

Az atomerőművek a globális energiatermelés mindössze 17%-át teszik ki, az atomhasadási reakciók sugárzás formájában súlyos következményekkel járnak.

Napjainkban a gázt, a szenet, a tőzeget és az atomhasadási energiát (nukleáris energiát) aktívan használják alternatív nyersanyagként, de jól tudjuk, hogy nem képesek teljesen helyettesíteni az olajat az energiatermelés nyersanyagaként. És ugyanazok a tartalékok földgáz nem végtelen, ezekkel az alternatív nyersanyagokkal csak késleltetjük az energiaválságot.

A tudósok jól ismerik a problémát, ami a sarkukat súrolja, ezért alkotnak és tanulmányoznak alternatív források energia. Jelenleg a tudósok olyan projekteken dolgoznak, amelyek a következők használatát foglalják magukban:

Biogáz

Biodízel üzemanyag

Bioetanol

Szélenergia

Hidrogén energia

Geotermikus energia

Napelemek

Nukleáris energia

Termonukleáris energia (a hélium 3 felhasználásán alapul)

Fő rész

Tehát nézzük meg az egyes alternatívákat külön-külön.

2.1.Biogáz

A biometán szerves hulladék (biogáz) fermentációjából nyert gáz. A biogáz felhasználásának legmegfelelőbb területe az állattartó telepek, lakóépületek és technológiai területek fűtése. A biogáz üzemanyagként is használható. A megszerzett többletüzemanyag dízelgenerátorok segítségével villamos energiává alakítható.

A biometánnak alacsony a térfogati energiakoncentrációja. Nál nél normál körülmények között fűtőértéke 1 l. A biometán 33-36 kJ.

A biometán nagy robbanásállósággal rendelkezik, ami lehetővé teszi a koncentráció csökkentését káros anyagok kipufogógázokban, és csökkenti a lerakódások mennyiségét a motorban.

A biometánt motorüzemanyagként sűrített vagy cseppfolyósított állapotban kell használni a közlekedési motorokban. A sűrített biometán motorüzemanyagként való elterjedésének fő korlátozó tényezője azonban, akárcsak a sűrített földgáz esetében, a jelentős tömegű tüzelőanyag-palackok szállítása.

Külföldön adott a biogáz beszerzésének és felhasználásának problémája nagy figyelmet. Mögött rövid időszak A világ számos országában a biogáz előállításának egész iparága alakult ki: ha 1980-ban körülbelül 8 millió biogáz-előállító létesítmény működött a világon, összesen 1,7-2 milliárd köbméter kapacitással. m évente, akkor jelenleg ezek a mutatók csak egyetlen ország - Kína - biogáz-termelékenységének felelnek meg.

A biogáz előnyei a következők:

Energiatermelés további CO 2 kibocsátás nélkül.

A zárt rendszerek nem, vagy csak kis mértékben engedik át a szagokat.

A kereskedelmi helyzet javítása és az energiaimportőröktől való függés csökkentése.

Biogázból a nap 24 órájában lehet villamos energiát előállítani.

Nem függ a széltől/víztől/áramtól.

A talaj trágyázásának javítása.

2.2 Biodízel

A biodízel növényi vagy állati zsírokon (olajokon), valamint ezek észterezési termékén alapuló üzemanyag. Járművekben használják különféle keverékek formájában dízel üzemanyaggal.

Környezeti szempontok Alkalmazások:

A biodízel, amint azt a kísérletek kimutatták, vízbe kerülve nem károsítja a növényeket és az állatokat. Ráadásul szinte teljes biológiai lebomláson megy keresztül: a talajban vagy a vízben a mikroorganizmusok 28 nap alatt feldolgozzák a biodízel 99%-át, ami a folyók és tavak szennyezésének minimalizálására utal.

A biodízel előnyei a következők:

a cetánszám és a kenőképesség növekedése, ami meghosszabbítja a motor élettartamát;

jelentős csökkenés káros kibocsátások(beleértve a CO, CO2, SO2, finom részecskékés illékony szerves vegyületek);

az injektorok, üzemanyag-szivattyúk és üzemanyag-ellátó csatornák tisztításának megkönnyítése.

Hibák

A hideg évszakban fel kell melegíteni az üzemanyagtartályból az üzemanyag-szivattyúba érkező üzemanyagot, vagy 20% BIODÍZEL és 80% gázolaj keverékét kell használni.

2.3. Bioetanol

A bioetanol egy folyékony alkohol üzemanyag, amelynek gőzei nehezebbek a levegőnél. Keményítőt vagy cukrot tartalmazó mezőgazdasági termékekből, például kukoricából, gabonafélékből vagy cukornádból állítják elő. Ellentétben az alkohollal, amelyből alkoholos italokat készítenek, az üzemanyag-etanol nem tartalmaz vizet, és rövidített desztillációval állítják elő (öt desztillációs oszlop helyett két desztillációs oszlop), ezért metanolt és fuselolajokat, valamint benzint tartalmaz, ami ihatatlanná teszi.

Az üzemanyag-bioetanolt szinte ugyanúgy állítják elő, mint a hagyományos élelmiszer-alkoholt alkoholos italok, de van néhány lényeges különbség.

Az etanol bármilyen cukor- és keményítő tartalmú alapanyagból előállítható: cukornádból és céklából, burgonyából, csicsókából, kukoricából, búzából, árpából, rozsból stb.

A bioetanol előnyei a következők:

Az etanolnak magas oktánszáma van

A bioetanol lebomlik és nem szennyezi a természetet

vízrendszerek

A benzinben lévő 10% etanol csökkenti a kipufogógáz toxicitását

26%-kal csökkenti a CO-kibocsátást, a nitrogén-oxid kibocsátást

5%-kal, aeroszol részecskék 40%-kal.

Az etanol az egyetlen megújuló

folyékony tüzelőanyag, amelynek felhasználása az

a benzin adalékaként nem igényel módosítást

motortervek

Nincsenek különösebben kifejezett hiányosságai.

2.4. Szélenergia

A szélenergia szabályozatlan energiaforrás. A szélerőműpark teljesítménye a szél erősségétől függ, ami nagyon változó tényező. Ennek megfelelően a szélgenerátor villamosenergia-kibocsátása az energiarendszerbe rendkívül egyenetlen napi, heti, havi, éves és hosszú távon egyaránt. Tekintettel arra, hogy magának az energiarendszernek vannak inhomogenitásai az energiaterhelésben (energiafogyasztási csúcsok és mélypontok), amelyeket a szélenergia természetesen nem tud szabályozni, a szélenergia jelentős hányadának az energiarendszerbe történő bevezetése hozzájárul annak destabilizálásához. Nyilvánvaló, hogy a szélenergia energiatartalékot igényel az energiarendszerben (például gázturbinás erőművek formájában), valamint olyan mechanizmusokat, amelyek kiegyenlítik a termelés heterogenitását (vízerőművek vagy szivattyús formában). tároló erőművek). A szélenergia ezen tulajdonsága jelentősen megnöveli a tőlük kapott villamos energia költségét. Az energiarendszerek nagyon vonakodtak a szélturbinák hálózathoz való csatlakoztatásától, ami miatt jogszabály előírja ezt.

A kisméretű, egyedi szélturbináknak problémái lehetnek a hálózati infrastruktúrával, mivel a távvezeték és a hálózathoz való csatlakozás kapcsolóberendezéseinek költsége túl magas lehet.

A nagyméretű szélturbinák jelentős javítási problémákkal küzdenek, mivel a nagy rész (lapát, rotor stb.) cseréje 100 m-nél magasabban bonyolult és költséges vállalkozás.

Előnyök:

Környezetbarát.

Biztonságos az emberek számára (nincs sugárzás, hulladék).

Főbb hátrányai:

Alacsony energiasűrűség a szélkerék területegységére vonatkoztatva; a szélsebesség előre nem látható változásai a nap és az évszak során, ami szélerőmű mentését vagy a megtermelt energia felhalmozódását igényli; rossz hatás az emberek és állatok élőhelyéről, a televíziós kommunikációról és a madarak szezonális vonulásának útvonalairól.

2.5. Hidrogén energia

A hidrogénenergia az emberiség energiatermelésének és fogyasztásának egyik iránya, amely a hidrogén felhasználásán alapul az energia felhalmozására, szállítására és fogyasztására, közlekedési infrastruktúraés különféle termelési területek. A földfelszínen és az űrben a hidrogént választják a leggyakoribb elemnek, a hidrogén égéshője a legmagasabb, az oxigénben keletkező égéstermék pedig a víz (amely visszakerül a hidrogén energiakörforgásába). A hidrogén előállításának többféle módja van:

Földgázból

Szén gázosítás:

Víz elektrolízise (*fordított reakció)

Hidrogén biomasszából

Előnyök:

a hidrogén üzemanyag környezetbarátsága.

megújulhatóság.

rendkívül magas hatásfok - 75%, ami majdnem 2,5-szer magasabb, mint a legmodernebb olaj- és gázüzemű berendezéseknél.

A hidrogénnek komolyabb hátrányai is vannak. Először is ingyenesen gáz halmazállapotú a természetben nem létezik, vagyis ki kell bányászni. Másodszor, a hidrogén, mint gáz, meglehetősen veszélyes. Levegővel való keveréke először láthatatlanul „ég meg”, azaz hőt bocsát ki, majd könnyen felrobban a legkisebb szikra. Klasszikus példa hidrogén robbanás - Csernobili baleset, amikor a cirkónium túlhevülése és vízzel való érintkezése következtében hidrogén keletkezett, amely aztán felrobbant. Harmadszor, a hidrogént valahol és nagy tartályokban kell tárolni, mivel alacsony a sűrűsége. És csak nagyon magas nyomáson, körülbelül 300 atmoszféra alatt lehet összenyomni.

2.6. Geotermikus energia

A vulkánkitörések egyértelműen demonstrálják a bolygó belsejében lévő hatalmas hőséget. A tudósok több ezer Celsius-fokra becsülik a Föld magjának hőmérsékletét. Ez a hőmérséklet fokozatosan csökken a forró belső magtól, ahol a tudósok szerint a fémek és kőzetek csak olvadt állapotban létezhetnek, egészen a Föld felszínéig. A geotermikus energia képes két fő módon használható - villamosenergia-termelésre és otthonok, intézmények és ipari vállalkozások fűtésére. Az, hogy a fenti célok közül milyen célra használják fel, attól függ, hogy milyen formában kerül a birtokunkba. Néha a víz tiszta „száraz gőz” formájában tör ki a földből, pl. gőzzel vízcseppek hozzáadása nélkül. Ez a száraz gőz közvetlenül felhasználható egy turbina forgatására és elektromos áram előállítására. A kondenzvíz visszavezethető a talajba, és megfelelő minősége esetén a közeli víztestbe engedhető.

Az óceán hőenergia átalakítása.

A hőmérséklet-különbség használatának ötlete óceán vizei villamosenergia-termelésre mintegy 100 évvel ezelőtt, mégpedig 1981-ben keletkezett. francia fizikus Jacques D. Arsonval publikált egy munkát a napenergia tengerek. Akkoriban már sokat tudtak az óceán befogadó és felhalmozó képességéről hőenergia. A születési mechanizmus is ismert volt óceáni áramlatok valamint a víz felszíni és mélyrétegei közötti hőmérséklet-különbségek kialakulásának alapvető mintázatai.

A hőmérséklet-különbségek felhasználása három fő irányban lehetséges: közvetlen hőelemeken alapuló átalakítás, hő mechanikai energiává történő átalakítása hőgépekben és mechanikai energiává alakítása hidraulikus gépekben a meleg és hideg víz sűrűségkülönbségével.

Előnyök:

gyakorlatilag nem igényelnek karbantartást.

A geotermikus erőmű egyik előnye, hogy a fosszilis tüzelőanyagot égető erőműhöz képest körülbelül hússzor kevesebb szén-dioxidot bocsát ki azonos mennyiségű villamos energia előállítása során, ami csökkenti a világra gyakorolt ​​hatását. környezet.

A geotermikus energia fő előnye a gyakorlati kimeríthetetlensége és a környezeti feltételektől, a napszaktól és az évszaktól való teljes függetlenség.

Milyen problémák merülnek fel a felszín alatti termálvizek használatakor? A legfontosabb az, hogy a szennyvizet vissza kell juttatni a földalatti víztartóba. A termálvizek tartalmaznak nagyszámú különböző mérgező fémek sói (például bór, ólom, cink, kadmium, arzén) és kémiai vegyületek(ammónia, fenolok), ami kiküszöböli ezeknek a vizeknek a felszínen elhelyezkedő természetes vízrendszerekbe való kibocsátását.

2.7. Napelemek

A napelemek működési elve:

Nap Az elemek (SE) olyan anyagokból készülnek, amelyek közvetlenül átalakulnak napfény az elektromosságba. A legtöbb A jelenleg kereskedelemben gyártott napelemek közül szilíciumból készülnek.

BAN BEN utóbbi évekÚj típusú anyagokat fejlesztettek ki napelemekhez. Például réz-indium-diszelenidből és CdTe-ből (kadmium-tellurid) készült vékonyfilmes napelemek. Ezek az SE-k benne vannak Utóbbi időben kereskedelmi forgalomba is használják.

Előnyök:

A nap energiája szinte végtelen

Környezetbarát

Biztonságos az emberre és a természetre

Hibák: Naperőmű nem működik éjszaka, és nem működik elég hatékonyan a reggeli és esti szürkületben. Ugyanakkor az energiafogyasztás csúcspontja pontosan az esti órákban következik be. Emellett az erőművek teljesítménye a változó időjárás miatt élesen és váratlanul is ingadozhat. A szoláris állandó viszonylag kis értéke miatt a napenergia felhasználását igényli nagy területek erőművek földje (például egy 1 GW-os erőmű esetében ez több tíz négyzetkilométer is lehet). Annak ellenére környezeti tisztaság A kapott energiát maguk a fotocellák tartalmazzák mérgező anyagok például ólom, kadmium, gallium, arzén stb., és ezek előállítása sok egyéb veszélyes anyagok. A modern fotocellák élettartama korlátozott (30-50 év), és a közeljövőben széles körben használatosak lesznek. összetett kérdésártalmatlanításukat, aminek még nincs környezetvédelmi szempontból elfogadható megoldása.

2.8.Atomenergia

Atomenergia (atomenergia), belső energia atommagok, nukleáris átalakulások (nukleáris reakciók) során szabadul fel. Használat nukleáris energia megvalósítása alapján láncreakciók hadosztályok nehéz magokés termonukleáris fúziós reakciók - könnyű atommagok fúziója; Mindkét reakciót energiafelszabadulás kíséri. Például egy atommag hasadása során körülbelül 200 MeV szabadul fel. Az 1 g uránban lévő atommagok teljes hasadásával a felszabaduló energia 2,3 * 104 kWh. Ez 3 tonna szén vagy 2,5 tonna olaj elégetésével nyert energiának felel meg. Az atomreaktorokban szabályozott maghasadási reakciót alkalmaznak.

Előnyök:

alacsony és stabil (az üzemanyagköltséghez képest) villamos energia ára;

átlagos hatás az ökológiai környezetre.

Hibák atomerőművek:

A besugárzott üzemanyag veszélyes, és bonyolult és költséges feldolgozási és tárolási intézkedéseket igényel;

A változó teljesítményű üzemmód nem kívánatos a termikus neutronokon működő reaktoroknál;

Ha az incidensek valószínűsége alacsony, azok következményei rendkívül súlyosak

A 700-800 MW-nál kisebb teljesítményű blokkok 1 MW beépített teljesítményenkénti fajlagos és általános, az állomás, infrastruktúrájának megépítéséhez, valamint esetleges felszámoláshoz szükséges nagy tőkebefektetések.

Az olaj fent felsorolt ​​alternatívái mindegyikének van egy, de nagyon jelentős hátránya: NEM képesek TELJESEN helyettesíteni az olajat, mint energiaforrást. Ezen a helyzeten csak a termonukleáris energia alkalmazása segíthet.

2.9. Termonukleáris energia

A hélium 3 részvételével végzett termonukleáris energia biztonságos és jó minőségű energia.

Termonukleáris reakciók. Termonukleáris reakciók során felszabadul az energia, amikor a deutérium, trícium vagy lítium könnyű atommagjai héliummá olvadnak össze. Ezeket a reakciókat termonukleárisnak nevezzük, mert csak nagyon magas hőmérsékletek. BAN BEN másképp, az elektromos taszító erők nem teszik lehetővé, hogy az atommagok elég közel kerüljenek ahhoz, hogy működésbe léphessenek nukleáris erők vonzerő. A magfúziós reakciók a csillagok energiájának forrásai. Ugyanezek a reakciók történnek robbanáskor is hidrogénbomba. A szabályozott termonukleáris fúzió megvalósítása a Földön új, gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrást ígér az emberiségnek. A legígéretesebb reakció ebből a szempontból a deutérium és a trícium fúziója.

Ha egy termonukleáris reaktorban deutériumot használunk a hélium-3 izotóppal az atomenergiában használt anyagok helyett. A neutronfluxus intenzitása 30-szorosára csökken - ennek megfelelően könnyen biztosítható a reaktor 30-40 éves élettartama (ennek megfelelően csökken a kibocsátott sugárzás mennyisége). A héliumreaktor működésének befejezése után nem keletkezik nagy aktivitású hulladék, a szerkezeti elemek radioaktivitása pedig olyan alacsony lesz, hogy szó szerint egy városi szemétlerakóba temetik, enyhén földdel megszórva.

Tehát mi a probléma? Miért nem használunk még mindig ilyen előnyös termonukleáris üzemanyagot?

Először is azért, mert ez az izotóp rendkívül ritka a bolygónkon. A Napban született, ezért néha „napizotópnak” is nevezik. Teljes tömege ott meghaladja bolygónk tömegét. A hélium-3-at a napszél viszi a környező térbe. A Föld mágneses tere ennek a szélnek a jelentős részét eltéríti, ezért a hélium-3 a Föld atmoszférájának csak egy billiód részét teszi ki - körülbelül 4000 tonnát - magán a Földön ez még kevesebb - körülbelül 500 kg.

Ebből az izotópból sokkal több van a Holdon. Ott van beágyazva a holdtalajba, a „regolitba”, amelynek összetétele a közönséges salakra hasonlít. Hatalmas - szinte kimeríthetetlen tartalékokról beszélünk!

Az Apollo expedíciók által hozott hat talajminta és a szovjet Luna automata állomások által szállított két minta elemzése azt mutatta, hogy a Hold összes tengerét és fennsíkját lefedő regolit akár 106 tonna hélium-3-at is tartalmaz, ami kielégíti a földi energia , sőt többszörösére nőtt a modernhez képest, egy évezreden keresztül! A modern becslések szerint a Hold hélium-3 készletei három nagyságrenddel nagyobbak - 109 tonna.

A Holdon kívül hélium-3 is megtalálható sűrű légköróriásbolygók, és elméleti becslések, tartalékai egyedül a Jupiteren 1020 tonnát tesznek ki, ami elegendő lenne a Föld energiaellátásának ellátására az idők végezetéig.

Hélium-3 bányászati ​​projektek

A Regolith több méter vastag réteggel borítja be a Holdat. A holdtengerek regolitja gazdagabb héliumban, mint a fennsíkok regolitja. 1 kg hélium-3-at körülbelül 100 000 tonna regolit tartalmaz.

Következésképpen az értékes izotóp kinyeréséhez hatalmas mennyiségű morzsalékos holdtalajt kell feldolgozni.

Az összes jellemzőt figyelembe véve a hélium-3 gyártási technológiának a következő folyamatokat kell tartalmaznia:

1. Regolit kitermelése.

Speciális „betakarítók” mintegy 2 m vastag felületi rétegből gyűjtik össze a regolitot és szállítják a feldolgozóhelyekre, vagy közvetlenül a bányászati ​​folyamat során dolgozzák fel.

2. Hélium felszabadulása a regolitból.

Amikor a regolitot 600 °C-ra melegítjük, a regolitban lévő hélium 75%-a felszabadul (deszorbeálódik), 800 °C-ra melegítve pedig szinte az egész hélium felszabadul. Javasoljuk, hogy a port speciális kemencékben melegítsék, a napfényt műanyag lencsékkel vagy tükrökkel fókuszálva.

3. Szállítás a Földre újrafelhasználható űrhajóval.

Amikor hélium-3-at vonnak ki a regolitból, számos anyagot is kivonnak: hidrogént, vizet, nitrogént, szén-dioxid, nitrogén, metán, szén-monoxid – ami hasznos lehet a holdi ipari komplexum fenntartásában.

J. Kulczynski csoportja javasolta a regolit feldolgozására és a hélium-3 izotóp kinyerésére tervezett első holdbetakarító projektet. Jelenleg privát amerikai cégek több prototípust is fejlesztenek, amelyeket a jelek szerint azután küldenek be a versenyre, hogy a NASA eldönti egy jövőbeni Hold-expedíció jellemzőit.

Nyilvánvaló, hogy a betakarítógépek Holdra szállítása mellett raktárokat, emberes bázist (a teljes berendezés-komplexum kiszolgálására), kozmodromot és még sok minden mást kell ott építeni. Úgy vélik azonban, hogy a Holdon egy fejlett infrastruktúra létrehozásának magas költségei bőven megtérülnek majd a közelgő globális energiaválság szempontjából, amikor is a hagyományos energiaforrásokat (szén, olaj, földgáz) fel kell hagyni. .

Ha figyelembe vesszük, hogy 35-40 év múlva elfogy az olaj, akkor van elég időnk egy ilyen projekt megvalósítására. És a jövőben az az ország lesz a vezető, amelyik ezt meg tudja valósítani, és ha összefogtok, elérhetitek több eredményés gyorsabb időkeretben.

Tehát miért a fúziós energia? Azért, mert:

Nagyszabású energiaforrás bőséges és mindenhol elérhető üzemanyaggal.

Nagyon alacsony globális környezeti hatás – nincs CO2-kibocsátás.

- Az erőmű „napi működése” nem igényel radioaktív anyagok szállítását.

Az erőmű biztonságos, nincs lehetőség „olvadás” vagy „elszökési reakció”.

Nem rádioaktív hulladék, ami nem okoz problémát a jövő generációinak.

Jövedelmező: 1 GW energia előállításához körülbelül 100 kg deutérium és 3 tonna természetes lítium szükséges egy egész éven keresztül, ami körülbelül 7 milliárd kWh-t termel.

3. Következtetés

És hát az energia fontos erőforrás szükséges az emberiség kényelmes létéhez. Az energiatermelés pedig az emberiség egyik fő problémája. Az olajat jelenleg aktívan használják elektromos és üzemanyag-energiaforrásként, de nem végtelen, és a készletei évről évre csökkennek. A jelenleg kifejlesztett alternatívák pedig nem teljesen pótolják az olajat, vagy komoly hátrányaik vannak.

Az egyetlen energiaforrás ma, amely képes biztosítani szükséges mennyiség energia az egész emberiség számára, és ugyanakkor nincsenek komoly hátrányai - a termonukleáris energia a hélium 3 felhasználásán alapul. Az ebből a reakcióból nyert energia technológiája munkaigényes és nagy beruházásokat igényel, de az így nyert energia környezetbarát, és milliárd kilowattban számolják.

Ha olcsó és környezetbarát energiához jut, akkor lehetőség szerint cserélheti ki az olajat, például elhagyhatja a benzinmotorokat elektromos helyett, hőt termelhet villamos energiával stb. Így az olaj nyersanyagforrás vegyipari termelés, elég lesz az emberiségnek hosszú évszázadokig.

Ezért szükséges egy ipart létrehozni a Holdon (ami a hélium 3 fő forrása). Egy iparág létrehozásához fejlesztési terv kell, ez pedig több év kérdése, és minél hamarabb kezdi el, annál jobb. Mert ha már meg kell csinálni reménytelen helyzet(pl. energiaválság idején), sürgősen ez egészen más kiadásokat fog eredményezni.

Az ebbe az irányba gyorsabban fejlődő ország pedig a jövőben vezető lesz. Mert az energia a jövő.

4. Felhasznált irodalom jegyzéke

1. http://ru.wikipedia.org/ - világenciklopédia

2. http://www.zlev.ru/61_59.htm - „Arany Oroszlán” Magazin, 61-62. sz. – orosz konzervatív gondolatok kiadványa, Mikor fog elfogyni az olaj?

3. http://www.vz.ru/society/2007/11/25/127214.html -NÉZET / Amikor kifogy az olaj

4. http://vz.ru/economy/2007/11/1/121681.html - NÉZET / A világ kifogy az olajból

5. http://bio.fizteh.ru/departments/physchemplasm/topl_element.html ->Az olaj alternatívája?. Molekuláris Kar és biológiai fizika MIPT. "Phystech-Portal", "Phystech-center"

6. http://encycl.accoona.ru/?id=74848 - NUKLEAR ENERGIA - Internet enciklopédia, magyarázó szótár.

7. http://www.vepr.ru/show.html?id=7 - Honnan származik az áram (előfordulás története)

8. http://www.bioenergy.by/mejdu_1.htm -Biomassza energia. UNDP/GEF projekt BYE/03/G31 Fehéroroszországban

9. http://bibliotekar.ru/alterEnergy/37.htm - A szélenergia előnyei és hátrányai. A szélenergia átalakítás elvei. Szélenergia

10. http://www.smenergo.ru/hydrogen_enegry/ - Hidrogénenergia. Energia és energetika.

11. http://works.tarefer.ru/89/100323/index.html Elsődleges energiaforrások és termonukleáris energia

12. http://tw.org.ua/board/index.php?showtopic=162 - Termonukleáris energia

13. http://www.helium3.ru/main.php?video=yes - Hélium-3, Hélium-3

14. http://razrabotka.ucoz.ru/publ/4-1-0-16 - HÉLIUM-HÁROM - A JÖVŐ ENERGIÁJA - holdprogram- Cikkek katalógusa - Fejlesztés

15. http://www.fp7-bio.ru/presentations/fisheries/bioetanol.pdf/at_download/file – a jövő energiája

16. http://www.scienmet.net/ - Szélgenerátor, szélenergia

17. http://oil-resources.info - üzemanyagforrások

18.http://ru.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_energy.

19.http://www.ruscourier.ru/archive/2593 - A hidrogén hátrányai

20. http://www.intersolar.ru/geothermal/pressa/rbsgeo.html - Energia a mélyből - www.intersolar.ru

21.http://web-japan.org/nipponia/nipponia28/ru/feature/feature09.html - NIPPONIA No.28 2004. március 15.

22. http://www.kti.ru/forum/img/usersf/pic_41.doc - alternatív energiaforrások

23. http://www.rosnpp.org.ru/aes_preimush.shtml - atomerőművek

24. http://www.atomstroyexport.ru/nuclear_market/advantage/ - atomenergia

25. http://solar-battery.narod.ru/termoyad.htm – termonukleáris energia működés közben

26.http://business.km.ru/magazin/view.asp?id=7B07CB0288D54DC0AC68C60AF246D693 – Business KM.RU. Az orosz energia jövője a bioüzemanyagokban és a termonukleáris energiában rejlik

Valószínűleg nem sok a környéken termonukleáris energia mítoszokkal körülvéve, mint például a Hélium 3. A 80-as és 90-es években aktívan népszerűsítették, mint olyan üzemanyagot, amely megoldja a szabályozott termonukleáris fúzió összes problémáját, valamint az egyik oka annak, hogy leszálljanak a Földről (mivel szó szerint több száz van belőle kilogrammnyi mennyiség a földön, és egymilliárd tonna van a Holdon), és végre elkezdenek fejlődni Naprendszer. Mindez a ma még nem létező termonukleáris energia lehetőségeiről, problémáiról, szükségleteiről szóló nagyon furcsa elképzeléseken alapul, amiről szó lesz.

A holdon lévő hélium3 kinyerésére szolgáló gép már készen áll, már csak hasznát kell találni neki.

Amikor héliumról3 beszélnek, az termonukleáris fúziós reakciókra gondol He3 + D -> He4 + H vagy He3 + He3 -> 2He4 + 2H. A klasszikushoz képest D + T -> He4 +n a reakciótermékekben nincsenek neutronok, ami azt jelenti, hogy a szerkezet szuperenergetikus neutronjai nem aktiválódnak fúziós reaktor. Problémának tekintik továbbá, hogy a „klasszikusok” neutronjai a plazmából származó energia 80%-át elviszik, így önmelegedési egyensúly lép fel magasabb hőmérséklet. A hélium opció másik előnye, hogy az elektromosságot közvetlenül a reakció töltött részecskéiből lehet eltávolítani, nem pedig a vizet neutronokkal melegíteni – mint a régi szénerőművekben.

Tehát mindez nem igaz, vagy inkább az igazság nagyon kis része.

Kezdjük azzal a ténnyel, hogy azonos plazmasűrűség és optimális hőmérséklet mellett a He3 + D reakció meg fog jelenni 40-szer kevesebb a működő plazma köbméterére jutó energiafelszabadulás. Ebben az esetben a legalább 40-szeres szakadáshoz szükséges hőmérséklet 10-szer magasabb - 100 keV (ill. egymilliárd fok) a D+T 10-hez képest. Önmagában egy ilyen hőmérséklet eléggé elérhető (a mai tokamak rekord 50 kEv, csak kétszer rosszabb), de az energiaegyensúly (hűtési sebesség VS fűtési sebesség, beleértve az önfűtést is) kialakításához növelnünk kell a 50-szeres energialeadás köbméter He3 +D reakcióval, ami csak a sűrűség 50-szeres növelésével érhető el. 10-szeres hőmérséklet-emelkedéssel kombinálva ez ad a plazmanyomás 500-szoros növekedése

- 3-5 atm-ről 1500-2500 atm-re, és az ellennyomás ugyanolyan növekedése a plazma megtartásához.

De a képek inspirálóak.

Emlékszel, írtam, hogy a plazmára ellennyomást létrehozó ITER toroid mágnesek abszolút rekordtermékek, paramétereket tekintve egyedüliek a világon? Tehát a He3 rajongók azt javasolják, hogy a mágnesek 500-szor erősebbek legyenek.

Ok, felejtsük el a nehézségeket, talán megéri ennek a reakciónak az előnyei?

Különféle termonukleáris reakciók, amelyek a CTS-hez alkalmazhatók. A He3 + D valamivel több energiát ad, mint a D + T, de sok energiát fordítanak a Coulomb taszítás leküzdésére (3. és nem 2. töltés), így a reakció lassú.

Kezdjük a neutronokkal. Az ipari reaktorokban a neutronok komoly problémát jelentenek, károsítják a test anyagait, és annyira felmelegítik a plazmával szemben lévő összes elemet, hogy tisztességes vízárammal kell hűteni őket. És ami a legfontosabb, az anyagok neutronok általi aktiválása oda vezet, hogy még 10 évvel a termonukleáris reaktor leállítása után is több ezer tonna radioaktív szerkezet lesz, amelyeket kézzel nem lehet szétszedni, és amelyek több száz tárolóban fognak elhelyezkedni. és több ezer éve. A neutronoktól való megszabadulás nyilvánvalóan megkönnyítené a termonukleáris erőmű létrehozásának feladatát.

A neutronok által elvitt energiahányad. Ha több He3-at ad a reaktorhoz, akkor azt 1%-ra csökkentheti, de ez tovább szigorítja a gyújtási feltételeket.

Oké, akkor mi a helyzet a töltött részecskék energiájának közvetlen elektromos árammá alakításával? A kísérletek azt mutatják, hogy a 100 kEv energiájú ionáram 80%-os hatásfokkal alakítható elektromos árammá. Nálunk nincsenek neutronok... Nos, abban az értelemben, hogy nem hordják el az összes energiát, amit csak hő formájában kaphatunk meg - szabaduljunk meg a gőzturbináktól és szereljünk be iongyűjtőket?

Megmutatja a plazmából származó hőveszteséget különböző csatornákon keresztül. Hasonlítsa össze a D+T és a D + He3. A közlekedés olyan dolog, amivel a plazmaenergiát közvetlenül elektromos árammá lehet alakítani. Ha a D + T változatban mindent elvesznek tőlünk az aljas neutronok, akkor a He3 + D esetén mindent elvesznek elektromágneses sugárzás plazma, főleg szinkrotron és röntgen bremsstrahlung (a képen Bremsstrahlung). A helyzet szinte szimmetrikus, még mindig el kell távolítani a hőt a falakról, és még mindig közvetlen átalakítással nem kaphatunk többet 10-15%-nál termonukleáris égési energia, a többi pedig a régi módon, gőzgépen keresztül.

Illusztráció a japán legnagyobb szabadtéri csapdában, a Gamma-10-ben végzett közvetlen plazmaenergia-átalakításról szóló tanulmányból.

Kivéve elméleti korlátai Műszakiak is vannak - a világon (beleértve a Szovjetuniót is) óriási erőfeszítéseket tettek a plazmaenergia villamos energiává történő közvetlen átalakítására szolgáló létesítmények létrehozására a hagyományos erőművek számára, amelyek lehetővé tették a hatásfok 35%-ról 55%-ra történő növelését. . Főleg MHD generátorokra épül. A nagy csapatok 30 éves munkája semmivel nem ért véget – a telepítési erőforrás több száz óra volt, amikor az energiamérnököknek ezrekre és tízezrekre volt szüksége. Az erre a technológiára fordított gigantikus erőforrás-mennyiség különösen oda vezetett, hogy hazánk lemaradt az energiatermelő gázturbinák és gőz-gázturbina ciklusú egységek gyártásában (amelyek pontosan ugyanannyi hatékonyságnövekedést biztosítanak) 35-ről 55%-ra!).

Az MHD generátorokhoz egyébként nagy teljesítményű szupravezető mágnesekre is szükség van. Itt láthatók az SP mágnesek egy 30 megawattos MHD generátorhoz.

Hélium-három. Furcsa és érthetetlen kifejezés. Ennek ellenére minél tovább megyünk, annál többet fogunk hallani. Mert a szakértők szerint a hélium-három menti meg világunkat a közelgő energiaválságtól. És ebben a vállalkozásban a legaktívabb szerepet Oroszország kapja.

Hold

A deutérium-trícium fúziós reakciót alapul vevő, ígéretes termonukleáris energia, bár biztonságosabb, mint a modern atomerőművekben használt maghasadás energiája, számos jelentős hátránya van.

• Először, ez a reakció sokkal nagyobb (nagyságrenddel!) számú nagyenergiájú neutron szabadul fel. Egyik ismert anyag sem képes hat évnél tovább ellenállni ilyen intenzív neutronfluxusnak – annak ellenére, hogy legalább 30 éves erőforrással érdemes reaktort készíteni. Következésképpen a tríciumfúziós reaktor első falát ki kell cserélni - ez pedig egy nagyon bonyolult és költséges eljárás, amely a reaktor meglehetősen hosszú időre történő leállításával is jár.
• Másodszor, meg kell védeni a reaktor mágneses rendszerét az erős neutronsugárzástól, ami bonyolítja és ennek megfelelően növeli a tervezés költségeit.
• Harmadik, a tríciumos reaktor számos szerkezeti eleme az üzemelés befejezése után nagyon aktív lesz, és hosszú távú eltemetést igényel speciálisan erre a célra kialakított tárolókban.

Abban az esetben, ha egy termonukleáris reaktorban trícium helyett hélium-3 izotóppal deutériumot használnak, a legtöbb probléma megoldható. A neutronfluxus intenzitása 30-szorosára csökken - ennek megfelelően 30-40 éves élettartam is könnyen biztosítható. A héliumreaktor működésének befejezése után nem keletkezik nagy aktivitású hulladék, a szerkezeti elemek radioaktivitása pedig olyan alacsony lesz, hogy szó szerint egy városi szemétlerakóba temetik, enyhén földdel megszórva.

Mi a baj? Miért nem használunk még mindig ilyen előnyös termonukleáris üzemanyagot?

Először is azért, mert ez az izotóp rendkívül ritka a bolygónkon. A Napban született, ezért néha „napizotópnak” is nevezik. Teljes tömege ott meghaladja bolygónk tömegét. A hélium-3-at a napszél viszi a környező térbe. A Föld mágneses tere ennek a szélnek a jelentős részét eltéríti, ezért a hélium-3 a Föld atmoszférájának csak egy billiód részét teszi ki - körülbelül 4000 tonnát - magán a Földön ez még kevesebb - körülbelül 500 kg.

Ebből az izotópból sokkal több van a Holdon. Ott van beágyazva a holdtalajba, a „regolitba”, amelynek összetétele a közönséges salakra hasonlít. Hatalmas - szinte kimeríthetetlen tartalékokról beszélünk!

Az Apollo expedíciók által hozott hat talajminta és a szovjet automata állomások által szállított két minta elemzése Hold“, kimutatta, hogy a Hold összes tengerét és fennsíkját lefedő regolit akár 106 tonna hélium-3-at is tartalmaz, ami egy évezreden keresztül kielégíti a földi energiaigényt, akár többszörösére is növelve a modernekhez képest! A modern becslések szerint a Hold hélium-3 készletei három nagyságrenddel nagyobbak - 109 tonna.

A Holdon kívül az óriásbolygók sűrű légkörében is megtalálható a hélium-3, amelynek készletei elméleti becslések szerint egyedül a Jupiteren 1020 tonnát tesznek ki, ami elegendő lenne a Föld energiaellátásának ellátására egészen a az idő vége.

Hélium-3 bányászati ​​projektek

A Regolith több méter vastag réteggel borítja be a Holdat. A holdtengerek regolitja gazdagabb héliumban, mint a fennsíkok regolitja. 1 kg hélium-3-at körülbelül 100 000 tonna regolit tartalmaz.

Ezért az értékes izotóp kinyeréséhez hatalmas mennyiségű morzsalékos holdtalajt kell feldolgozni.

Az összes jellemzőt figyelembe véve a hélium-3 gyártási technológiának a következő folyamatokat kell tartalmaznia:

1. Regolit kitermelése.

Speciális „betakarítók” mintegy 2 m vastag felületi rétegből gyűjtik össze a regolitot és szállítják a feldolgozóhelyekre, vagy közvetlenül a bányászati ​​folyamat során dolgozzák fel.

2. Hélium felszabadulása a regolitból.

Amikor a regolitot 600 °C-ra melegítjük, a regolitban lévő hélium 75%-a felszabadul (deszorbeálódik), 800 °C-ra melegítve pedig szinte az egész hélium felszabadul. Javasoljuk, hogy a port speciális kemencékben melegítsék, a napfényt műanyag lencsékkel vagy tükrökkel fókuszálva.

3. Szállítás a Földre újrafelhasználható űrhajóval.

A hélium-3 bányászata során számos anyagot is kivonnak a regolitból: hidrogént, vizet, nitrogént, szén-dioxidot, nitrogént, metánt, szén-monoxidot, amelyek hasznosak lehetnek a holdi ipari komplexum fenntartásában.

J. Kulczynski csoportja javasolta a regolit feldolgozására és a hélium-3 izotóp kinyerésére tervezett első holdbetakarító projektet. Jelenleg amerikai magáncégek több prototípust fejlesztenek, amelyeket a jelek szerint azután küldenek be a versenyre, hogy a NASA dönt a jövőbeni Hold-expedíció jellemzőiről.

Nyilvánvaló, hogy a betakarítógépek Holdra szállítása mellett raktárokat, emberes bázist (a teljes berendezés-komplexum kiszolgálására), kozmodromot és még sok minden mást kell ott építeni. Úgy vélik azonban, hogy a Holdon egy fejlett infrastruktúra létrehozásának magas költségei bőven megtérülnek majd a közelgő globális energiaválság szempontjából, amikor is a hagyományos energiaforrásokat (szén, olaj, földgáz) fel kell hagyni. .

Fő technológiai probléma

Van egy fontos probléma a hélium-3 alapú energia előállítása során. A helyzet az, hogy a deutérium-hélium-3 reakciót sokkal nehezebb végrehajtani, mint a deutérium-trícium reakciót.

Először is, szokatlanul nehéz meggyújtani ezen izotópok keverékét. A termonukleáris reakció becsült hőmérséklete a deutérium-trícium keverékben 100-200 millió fok. Hélium-3 használatakor a szükséges hőmérséklet két nagyságrenddel magasabb. Valójában egy kis napot kell meggyújtanunk a Földön.

Az atomenergia fejlődésének története (az elmúlt fél évszázad) azonban 10 éven belül a generált hőmérséklet nagyságrendű növekedését mutatja. 1990-ben az európai tokamak JET már hélium-3-at égetett, és az így kapott teljesítmény 140 kW volt. Körülbelül ugyanebben az időben az amerikai tokamak TFTR elérte azt a hőmérsékletet, amely a deutérium-hélium keverékben a reakció elindításához szükséges.

A keverék meggyújtása azonban még mindig fél siker. A termonukleáris energia hátránya a gyakorlati megtérülés nehézsége, mivel a munkaközeg sok millió fokra felhevített plazma, amelyet mágneses térben kell tartani.

A plazma megszelídítésével kapcsolatos kísérleteket hosszú évtizedek óta végezték, de csak tavaly június végén Moszkvában számos ország képviselői aláírták a megállapodást a dél-franciaországi Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER) megépítéséről. Cadarache városában - egy gyakorlati termonukleáris erőmű prototípusa. Az ITER deutériumot és tríciumot használ majd üzemanyagként.

A hélium-3-as termonukleáris reaktor szerkezetileg bonyolultabb lesz, mint az ITER, és ez egyelőre nem is szerepel a projektekben. És bár a szakértők azt remélik, hogy a következő 20-30 évben megjelenik a hélium-3 reaktor prototípusa, ez a technológia egyelőre csak fantázia marad.

A hélium-3 bányászatának kérdését szakértők elemezték a Hold-kutatás és -fejlesztés jövőjéről szóló meghallgatáson, amelyet 2004 áprilisában tartottak az Egyesült Államok Képviselőházának Tudományos Bizottságának Űr- és Repülésügyi Albizottságában. Következtetésük egyértelmű volt: még a távoli jövőben is teljesen veszteséges a hélium-3 bányászata a Holdon.

Ahogy John Logsdon, a washingtoni Űrpolitikai Intézet igazgatója megjegyezte: „Az amerikai űrközösség nem tekinti a hélium-3 bányászatát komoly ürügynek a Holdra való visszatérésre. Odarepülni ezért az izotópért ugyanaz, mint ötszáz évvel ezelőtt Kolumbuszt Indiába uránért küldeni. Elhozhatná, hozná is, de még néhány száz évig senki sem tudna mit kezdeni vele.

Hélium-3 kitermelés országos projektként

„Most a jövő termonukleáris energiájáról és egy új, ökológiai típusú üzemanyagról beszélünk, amelyet a Földön nem lehet előállítani. A Hold ipari fejlesztéséről beszélünk a hélium-3 kitermelésére.

Az Energia rakéta- és űrvállalat vezetőjének, Nyikolaj Szevasztyanovnak ezt a kijelentését az orosz tudományos megfigyelők egy új „nemzeti projekt” megalakítására irányuló pályázatként értékelték.

Valójában az állam egyik fő funkciója, különösen a 20. században, éppen az volt, hogy a képzelet küszöbén álló társadalom számára feladatokat fogalmazzon meg. Ez vonatkozott a szovjet államra is: villamosítás, iparosítás, teremtés atombomba, első műhold, a folyók fordulója.

Ma az Orosz Föderációban az állam próbálkozik, de nem tud olyan feladatokat megfogalmazni, amelyek a lehetetlen határán vannak. Az államnak szüksége van valakire, aki felmutat neki egy nemzeti projektet, és megindokolja a projektből elméletileg fakadó előnyöket. A hélium-3 Holdról a Földre történő kifejlesztésére és kitermelésére, a termonukleáris energia tüzelőanyaggal való ellátására irányuló program ideálisan megfelel ezeknek a követelményeknek.

"Csak úgy gondolom, hogy valami nagy technológiai probléma hiányossága van" - hangsúlyozta egy interjúban Alekszandr Zaharov, a fizikai és matematikai tudományok doktora, az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutatási Intézetének tudományos titkára. „Talán ez az oka annak, hogy a közelmúltban ez a sok szóbeszéd a hélium-3 holdon történő bányászatáról termonukleáris energia céljából felvetődött. Ha Hold- ásványianyag-forrás, és onnan hozni ezt a hélium-3-at, de a Földön nincs elég energia... Mindez érthető, nagyon szépen hangzik. És lehet, hogy könnyű rávenni a befolyásos embereket, hogy fordítsanak erre pénzt. Azt hiszem".

Az élet mércéje szerint nagyon kevés idő telik el emberi civilizáció mint a kövületek természetes erőforrások kimerült lesz. A kőolaj és a gáz helyettesítésére alkalmas jelöltek között szerepel a napenergia, a szélenergia vagy a hidrogén. Az elmúlt években egyre gyakrabban lehet hallani a bolygó új üdvösségéről hélium-3. Csak nemrég fedezték fel, hogy ez az anyag erőművek alapanyagaként használható.

Általános információk az anyagról: tulajdonságai

1934-ben Mark Oliphant ausztrál fizikus, miközben a Cavendish Laboratórium Cambridge-i Egyetem Angliában figyelemre méltó felfedezésre jutott. A magfúzió egy deuteron célpont bombázásával történő első demonstrációja során a 2-es számú kémiai elem új izotópjának létezését feltételezte. Ma hélium-3 néven ismert.

A következővel rendelkezik tulajdonságait:

• Két protont, egy neutront és két elektront tartalmaz;
• Az összes ismert elem közül ez az egyetlen stabil izotóp, amelynek több protonja van, mint neutronja;
• Forráspontja 3,19 Kelvin (-269,96 Celsius-fok). Forrás közben egy anyag elveszti sűrűségének felét;
• A szögimpulzus ½, így fermion;
• A látens párolgáshő 0,026 KJ/mol;

Öt évvel Mark Oliphant felfedezése után megkapták elméleti konstrukcióit kísérleti megerősítés. És 9 év elteltével a tudósoknak sikerült egy vegyületet előállítaniuk V folyékony formában . Mint kiderült, ilyenben az összesítés állapota A hélium-3 szuperfolyékony tulajdonságokkal rendelkezik.

Más szóval közeli hőmérsékleten abszolút nulla, képes áthatolni a kapillárisokon és a szűk hasadékokon, gyakorlatilag nem tapasztal súrlódási ellenállást.

Hélium-3 bányászata a Holdon

Évmilliárdok alatt fújt a napszél felszíni réteg A regolit gigantikus mennyiségű hélium-3-at tartalmaz. Becslések szerint mennyisége a földi műholdon elérheti a 10 millió tonnát.

Sok űrhatalomnak van programja ennek az anyagnak a későbbi termonukleáris fúziója céljából történő kinyerésére:

• 2006 januárjában orosz cég Az Energia bejelentette, hogy 2020-ra megkezdi a geológiai munkálatokat a Holdon. Ma a projekt jövője bizonytalan a nehéz helyzet miatt gazdasági helyzet országok;
• 2008-ban az Indiai Űrkutatási Szervezet a felszínre küldött földi műhold egy szonda, amelynek egyik célja a héliumtartalmú ásványok vizsgálata volt;
• Kínának saját tervei vannak az értékes nyersanyagok lelőhelyeivel kapcsolatban is. A tervek szerint évente három siklót terveznek küldeni a műholdra. Az ebből az üzemanyagból előállított energia bőven fedezi az egész emberiség szükségleteit.

Egyelőre csak sci-fi filmekben látható álom marad. Köztük van a „Hold” (2009) és az „Iron Sky” (2012).

Ebben a videóban Borisz Romanov fizikus elmondja, milyen formában található a hélium-3 anyag a Holdon, és hogy lehetséges-e onnan importálni:

Geokémiai adatok

Az izotóp a Földön is jelen van, bár kisebb mennyiségben:

• Ez a földköpeny fő összetevője, amelyet a bolygó kialakulása során szintetizáltak. Teljes tömege a bolygó ezen részén a szerint különféle becslések, 0,1-1 millió tonna;
• Vulkáni tevékenység eredményeként kerül a felszínre. Így a Hawaii-szigetek dombjai körülbelül 300 grammot bocsátanak ki ebből az anyagból évente. Közép-óceáni gerincek - körülbelül 3 kilogramm;
• Olyan helyeken, ahol az ember eltalálja litoszféra lemez a másik több százezer tonna hélium izotópot tartalmazhat. Kivonni ezt a vagyont ipari úton modern színpad technológiai fejlődés nem tűnik lehetségesnek;
• A természet a mai napig termeli ezt a vegyületet, a bontás eredményeként radioaktív elemek a kéregben és a köpenyben;
• Eléggé kis mennyiségben(legfeljebb 0,5%) egyes földgázforrásokban megtalálható. A szakértők megjegyzik, hogy a földgáz szállítása során évente 26 m 3 hélium-3 válik le;
• Ebben is jelen van a föld légköre. Fajlagos frakciója körülbelül 7,2 rész az egyéb légköri gázok trillió atomjára vonatkoztatva. A legfrissebb számítások szerint a légkör teljes tömege 3 2 eléri a 37 ezer tonnát.

Az anyag modern felhasználása

Szinte mindegyik benne volt használva nemzetgazdaság Az izotóp a trícium radioaktív bomlása során keletkezik, amelyet egy atomreaktorban lítium-6 neutronokkal bombáznak.

Évtizedek óta A hélium-3 csak melléktermék volt a robbanófejek gyártásában atomfegyverek . A START I szerződés 1991-es aláírása után azonban a szuperhatalmak csökkentették a rakétagyártás volumenét, ezért a gyártási termékek is hanyatlásnak indultak.

Ma az izotóp gyártása virágzik, mivel új felhasználási lehetőségeket találtak neki:

1. A viszonylag magas giromágneses arány miatt ennek az anyagnak a részecskéit használják a tüdő orvosi tomográfiájában. A páciens hiperpolarizált hélium-3 atomokat tartalmazó gázkeveréket lélegez be. Aztán befolyás alatt lézersugárzás infravörös számítógép anatómiai és funkcionális képeket készít a szervekről;
2. BAN BEN tudományos laboratóriumok ezt a kapcsolatot kriogén célokra használják. A hűtőszekrény felületéről való elpárologtatással 0,2 kelvinhez közeli értékeket lehet elérni;
3. Az utóbbi években egyre népszerűbb az az ötlet, hogy az anyagot erőművek alapanyagaként használják fel. Az első ilyen létesítmény 2010-ben épült a Tennessee Valley-ben (USA).

Hélium-3 üzemanyagként

A szabályozott fúziós energia használatának második, felülvizsgált megközelítése a 3 2 he és a deutérium nyersanyagként történő felhasználását foglalja magában. Egy ilyen reakció eredménye egy hélium-4 ion és nagy energiájú protonok lesznek.

Elméletben ezt a technológiát a következő előnyökkel rendelkezik:

1. Nagy hatásfok, mert elektrosztatikus mezőt használnak az ionok fúziójának szabályozására. Kinetikus energia A protonok közvetlenül elektromos árammá alakulnak szilárdtest-átalakítással. Nincs szükség turbinák építésére, amelyeket az atomerőművekben használnak a protonok energiájának hővé alakítására;
2. Alacsonyabb tőke- és működési költségek más típusú erőművekhez képest;
3. Sem a levegő, sem a víz nem szennyezett;
4. Viszonylag kis méretek a modern kompakt berendezések használatának köszönhetően;
5. Nincs radioaktív üzemanyag.

A kritikusok azonban megjegyzik ennek a döntésnek a jelentős „durvaságát”. Legjobb esetben a termonukleáris fúzió kereskedelmi felhasználása legkorábban 2050-ben kezdődik meg.

A kémiai elem összes izotópja közül sorozatszám 2, a hélium-3 elkülönül. Mi ez, röviden leírható a következő tulajdonságokat: stabil (azaz nem megy át sugárzás hatására), folyékony formában szuperfolyékony tulajdonságokkal rendelkezik, tömege viszonylag kis.

Videó a hélium-3 képződéséről az Univerzumban

Ebben a videóban Daniil Potapov fizikus elmondja, hogyan keletkezett a hélium-3 az Univerzumban, milyen szerepet játszott az Univerzum kialakulásában:

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete