Запасы гелия-3 на Луне исследователи оценили в около 1,3 млн тонн. Сторонники добычи гелия на Луне заняли ключевые посты в консультативном совете НАСА.
Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий
- Топливо будущего: где и зачем добывают гелий-3
- Масштабный проект, который кажется прибыльным
- На Луне найден новый минерал и источник «энергии для всех людей на Земле»
- Содержание
- СМИ: Россия планирует добывать полезные ископаемые на Луне
- СМИ: Россия планирует добывать полезные ископаемые на Луне
Выходцы из Blue Origin собрались добывать гелий-3 на Луне в скором будущем
Однако синтез не зря называется термоядерным: чтобы преодолеть электростатическое отталкивание при сближении двух положительно заряженных атомных ядер, нужно как следует разогнать их, то есть нагреть ядерное топливо до сотен миллионов градусов вспомним, что температура есть мера кинетической энергии частиц. По сути, при таких температурах мы имеем дело уже не с газами или жидкостями, а с четвертым состоянием вещества - плазмой, в которой нет нейтральных атомов, а есть только электроны и ионы. В природе подобные условия, подходящие для синтеза, существуют лишь в недрах звезд. Солнце своей энергией обязано так называемому гелиевому циклу реакций: синтезу ядра гелия-4 из протонов.
В звездах-гигантах и при взрывах сверхновых рождаются и более тяжелые элементы, формируя, таким образом, все разнообразие элементов во Вселенной. Правда, считается, что часть гелия могла образоваться и непосредственно при рождении Вселенной, во время Большого взрыва. Солнце в этом смысле не самый эффективный генератор, потому что оно горит долго и медленно: процесс тормозит первая и самая медленная реакция синтеза дейтерия из двух протонов.
Все следующие реакции идут гораздо быстрее и немедленно пожирают доступный дейтерий, в несколько этапов перерабатывая его в ядра гелия. 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.
Гелий-3 He-3 - это изотоп гелия, который состоит из двух протонов и одного нейтрона. Он является одним из двух стабильных изотопов гелия, вторым является гелий-4. Гелий-3 обладает некоторыми уникальными свойствами, которые делают его интересным для научных и технических применений. Гелий-3 добывается преимущественно из природных газов из нефтяных и газовых скважин. Он может образовываться в природных условиях в результате радиоактивного распада тяжелых элементов, таких как уран и торий. Однако концентрация гелия-3 в природных источниках очень низкая, поэтому его добыча обычно экономически неэффективна. Наиболее значимым источником гелия-3 является «солнечный ветер», который содержит значительное количество этого изотопа. Солнечный ветер состоит из выброшенных из солнечной короны частиц, включая гелий-3. В отличие от Земли, атмосфера Луны не имеет магнитного поля, что позволяет солнечному ветру напрямую достигать ее поверхности. В результате гелий-3 может собираться на Луне.
В последние годы возник интерес к добыче гелия-3 на Луне в связи с исследованиями потенциала использования этого изотопа в ядерной энергетике.
Если эти... Чтобы составить карту месторождений гелия на Луне, учёные исследовали образцы лунного грунта, доставленные на Землю советскими лунными автоматическими станциями и пилотируемыми миссиями «Аполлон», а также применили данные спектрального анализа поверхности Луны. Напомним, гелий — это ценное сырьё, которое на Земле извлекается из природного газа и благодаря своим свойствам находит широкое применение в различных областях: в авиационной, ракетно-космической, электронной, атомной промышленности и медицине.
При этом изотоп гелий-3 на Земле практически отсутствует, а на Луне его запасы смогли сформироваться из-за того, что лунная поверхность подвергается постоянному воздействию солнечного ветра. Земля защищена от этого потока ионизированных частиц магнитным полем. В будущем гелий-3 может стать альтернативным топливом для термоядерной энергетики — к его преимуществам относится отсутствие радиоактивности. Также это сырьё сможет использоваться в различных технологических процессах при освоении Луны.
При реакции термоядерного синтеза, когда в реакцию вступает 0,67 тонны дейтерия и 1 тонна гелия-3 выделяется энергия, которая эквивалентна энергии сгорания 15 млн. При этом стоит отметить тот факт, что в настоящее время еще необходимо изучить техническую возможность осуществления подобных реакций. Да и добыча этого вещества на Луне не будет легкой. Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая.
Луна . Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий .
| Термоядерный синтез, ITER, гелий-3 и Луна | The Spaceway | Гелий-3 переносится на Луну солнечным ветром и, как полагают, остается на поверхности, застряв в грунте, тогда как при достижении Земли он блокируется магнитосферой. |
| На Луне редчайший Гелий-3, и человечество мечтает его добывать. Как и зачем | На Луне же, где нет атмосферы, гелий-3 из солнечного ветра и межпланетной среды попадает на поверхность и сохраняется в реголите. |
| На Луне найден новый минерал и источник «энергии для всех людей на Земле» | Гелий-3: Как Луна могла бы решить все энергетические проблемы Земли. |
| Китай будет добывать гелий-3 на Луне - | Специалисты стартапа Interlune разработали стратегию по добыче гелия-3 на Луне и последующей доставке его на Землю. |
Стартап по добыче полезных ископаемых на Луне Interlune хочет начать добывать гелий-3 к 2030 году
Почему ученые считают, что гелий-3, который в изобилии содержится на Луне может помочь человечеству преодолеть энергетический кризис? Избирательное обогащение лунного реголита солнечным гелием в зависимости от минерального состава приводит к неоднородному региональному распределению месторождений изотопов гелия на Луне. найти ему применение.
Добыча гелия-3: к новому видению лунной экономики
- На полюс за гелием
- 19.03.2024. - Гелий-3 собрались добывать на Луне
- Как добывают гелий-3
- Термоядерный синтез, ITER, гелий-3 и Луна
- СМИ: Россия планирует добывать полезные ископаемые на Луне
Новые сверхдержавы родятся на Луне
Гелий-3 — это редкий изотоп гелия, который имеет два протона и один нейтрон в ядре. В то же время на Луне магнитное поле отсутствует и здесь гелий-3 может свободно накапливаться в поверхностном слое грунта. В реголите Луны содержатся повышенные концентрации изотопа гелия-3. Добытый на Луне гелий-3 предполагается использовать для проведения квантовых вычислений, медицинской визуализации, а также, возможно, в качестве топлива для термоядерных реакторов. На Луне концентрация гораздо выше, минимальная оценка запасов превышает 500 тысяч тонн.
Китай находит гелий-3 на Луне: начинается великая гонка
| Новые сверхдержавы родятся на Луне | Причем на Луне гелий-3 находится лишь в поверхностном слое и имеет солнечное происхождение, а Луна играет роль ловушки для солнечного ветра. |
| Зачем американцы собрались присвоить Луну | Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце. |
| На Луне найден новый минерал и источник «энергии для всех людей на Земле» | Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая. |
Коммерческая добыча гелия-3 из лунного грунта: стартап хочет попробовать
Стартап Interlune, основанный экс-сотрудниками Blue Origin, рассчитывает в ближайшие годы запустить на Луне добычу 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. эта добыча природных ископаемых на Луне может решить энергетический кризис, обеспечив человечество энергией на 10 000 лет впере.
Китай будет добывать гелий-3 на Луне
На Земле гелий-3 — большая редкость, в то время как на Луне его запасы исследователи оценивают почти в 1,5 млн тонн. Interlune прогнозирует значительный рост спроса на гелий-3 в ближайшие годы. По данным компании, к 2040 году ежегодный спрос на него составит 4000 кг по сравнению с текущими 5 кг. При этом план компании достаточно дорогостоящий и осуществить его не получится в одиночку. Interlune придется создать все оборудование, необходимое для масштабной добычи гелия-3, оплатить его запуск на Луну, а также заключить контракт с одной из компаний на возврат добытых ресурсов. Кроме того, пока не определена точная стоимость добычи одного грамма гелия-3. Стартап Interlune возглавляют опытные представители космической индустрии.
По расчетам американского астронавта Харрисона Шмитта, побывавшего в 1972 году на Луне в составе экипаже «Аполлона-17», использование гелия-3 в земной энергетике, учитывая все расходы на его добычу и доставку, становится коммерчески выгодным, когда производство термоядерной энергии с использованием этого сырья превысит мощность 5 ГВт. Фактически это означает, что уже одна электростанция на лунном топливе сделает его добычу и транспортировку рентабельной. По оценке Шмитта, предварительные расходы на стадии исследований обойдутся примерно в 15 млрд долларов.
По словам Эрика Галимова, чтобы организовать добычу гелия-3 из лунного грунта, реголит необходимо нагреть до температуры 700 градусов Цельсия, после чего можно будет сжижать и извлекать нужный изотоп. Технологически все эти процедуры хорошо известны и достаточно просты. Ученый предлагает нагревать сырье в «солнечных печах», которые с помощью больших вогнутых зеркал будут фокусировать солнечный свет на реголите. При этом из грунта могут быть выделены содержащиеся в нем водород, кислород и азот. Таким образом, лунная промышленность могла бы производить не только сырье для земной энергетики, но и топливо для перевозящих его ракет, а также воду и воздух для работающих на этих предприятиях людей. Американцы также разрабатывают аналогичные проекты. Харрисон Шмитт даже спроектировал специальный лунный комбайн для добычи гелия-3 под названием «Mark-III». Но и это не все! В реголите очень много титана, что в перспективе позволит наладить выпуск элементы промышленных конструкций и корпусов ракет прямо на Луне.
В этом случае с Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы ракет, приборы и компьютеры. Это открывает второе перспективное направление лунной экономики — строительство самого экономичного космодрома, базы для исследования Солнечной системы, космоса и грозящих Земле угроз. Так, в 2029 году близ Земли пролетит астероид Апофис диаметром до 700 метров, а в 2036 году теоретически не исключено его столкновение с нашей планетой. Валентин Смирнов обращает внимание на то, что, в случае если гелиевая энергетика начнет работать, резко изменится не только энергетическая карта планеты страны — поставщики и потребители энергоносителей , но и вся мировая табель о рангах. Государствами первого ряда станут страны, обладающие собственными технологиями строительства термоядерных реакторов и имеющие независимую транспортную систему для добычи и доставки сырья на Землю. Эти два ключевых аспекта обуславливают, по словам ученого, то, что круг лидирующих стран будет довольно узок, а разница между гелиевыми державами и негелиевыми будет куда больше, чем существовавшая в начале атомной эры дистанция между ядерными и неядерными странами. Это означает закрепление статуса сверхдержавы или центра силы экономического, военного, политического на долгий срок. Страна, которая опередит другие в освоении Луны, станет лидером в мировой экономике», — говорит Эрик Галимов.
Однако Земля обладает лишь крошечным количеством этого элемента, что делает ее редкой находкой. Поэтому компания Interlune планирует изменить ситуацию, задействовав лунные ресурсы. Однако такой подход вызывает ряд вопросов. Во-первых, научное сообщество интересуется, как стартап собирается добывать полезный газ из лунного реголита — абразивного, каменистого и загрязненного материала, находящегося на поверхности Луны. Во-вторых, как Interlune собирается отправлять гелий-3 на Землю? И наконец, если компания добьется успеха, есть ли уверенность в том, что у нее будет большой и устойчивый рынок для поддержки ее бизнеса? Однако в этом вопросе Мейерсон настроен оптимистично. По его словам, хотя НАСА вложило десятки миллиардов долларов в программу "Артемида" программа, целью которой является возвращение людей на Луну , он убежден, что пришло время воспользоваться этими средствами передвижения и другими ресурсами для создания лунной горнодобывающей компании. 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.
Через пару лет - в 2028-м - Interlune планирует построить первый завод по добыче ресурса на естественном спутнике Земли. Доставку гелия-3 на Землю предполагается начать в 2030 году. По данным издания ArsTechnica, в верхних слоях лунной поверхности содержится примерно 1 млн тонн гелия-3, тогда как производство одного грамма этого ресурса может потребовать переработки сотен тонн реголита.