Тестове 

Хелий 3 на Луната. Луна и груба, или епидемична енергия

Хелий е инертен газ от 18-та група от периодичната таблица. Това е вторият лек елемент след водород. Хелий - газ без цвят, миризмата и вкус, която става течност при температура от -268.9 ° С. Точките на кипене и замразяване го по-ниско от всяко друго известно вещество. Това е единственият елемент, който не се втвърдява при охлаждане при нормално атмосферно налягане. Така че хелийът се премине в твърдо състояние, 25 атмосфери са необходими при температура от 1 К.

Откриване на историята

Хелий е намерен в газовата атмосфера около слънцето, френският астроном Пиер джанксен, който през 1868 г. по време на затъмнението е открил ярка жълта линия в спектъра на слънчевата хромосфера. Първоначално се приема, че тази линия представлява натриевия елемент. През същата година английският астроном Джозеф Норман Lostener наблюдава жълт ред в слънчев спектър, който не съответства на известните натриеви линии d 1 и d 2 и затова го нарече линия D 3. Ломарий стигна до заключението, че е причинено от вещество на слънце, непознато на земята. Той и химикът Едуард Франдланд в името на елемента използва гръцката титла на слънцето "Хелиос".

През 1895 г. британският химик сър Уилям Рамзай доказа съществуването на хелий на земята. Той получи проба от минерала на уранонския кабел и след изследването на газовете, образувани по време на неговото отопление, той откри, че яркожълтната линия в спектъра съвпада с линията D3, наблюдавана в Sun Spectrum. Така най-накрая е инсталиран новият елемент. През 1903 г. Рамси и Фредерик SUDDA определят, че хелий е продукт на спонтанно разпадане на радиоактивни вещества.

Разпределение в природата

Теглото на хелий е около 23% от цялата маса на Вселената, а елементът е вторият най-разпространен в пространството. Тя е концентрирана в звездите, където се образува от водород в резултат на термоядрен синтез. Въпреки че в земната хелий атмосфера се намира в концентрация от 1 част за 200 хиляди (5 ppm) и в малки количества се съдържат в радиоактивни минерали, метеоритната жлеза, както и в минерални извори, големи обеми на елемента се откриват В Съединените щати (особено в Тексас, Ню Мексико, Канзас, Оклахома, Аризона и Юта) като компонент (до 7,6%) природен газ. Неговите малки резерви са открити в Австралия, Алжир, Полша, Катар и Русия. В земната кора концентрацията на хелий е само около 8 части на милиард.

Изотопи

Ядрото на всеки хелий атом съдържа два протона, но като други елементи, има изотопи. Те съдържат от един до шест неутрона, така че техните масови номера са в диапазона от три до осем. Стабилни от тях са елементи, при които теглото на хелий се определя от атомните числа 3 (3 той) и 4 (4 той). Всички други радиоактивни и много бързо се разпадат на други вещества. Земята хелий не е първоначалният компонент на планетата, той е оформен в резултат на радиоактивен разпад. Алфа частици, излъчвани от тежки радиоактивни вещества ядра, са 4 изотопните ядки. Хелий не се натрупва в големи количества в атмосферата, защото тежестта на земята не е достатъчна, за да предотврати постепенното му изтичане в космоса. Следи 3 той на земята се обяснява с отрицателното бета гниене на редкия елемент на водород-3 (тритий). Той е най-често срещаният от стабилните изотопи: съотношението на броя на 4 атомите до 3 е около 700 хиляди до 1 в атмосферата и около 7 милиона до 1 в някои хелиеви минерали.

Физически свойства хелий

Кипящата и топене на този елемент е най-ниската. Поради тази причина хелий съществува в с изключение на екстремни условия. Газа за вода се разтваря по-малко от всеки друг газ, а честотата на дифузия през твърдите тела е три пъти повече от тази на въздуха. Неговият рефракционен индекс е най-близо до 1.

Топлинната проводимост на хелий е по-ниска само от топлопроводимостта на водород и нейният специфичен топлинен капацитет е изключително висок. При нормални температури тя се нагрява и под 40 k - охладена. Следователно, с Т.<40 K гелий можно превратить в жидкость путем расширения.

Елементът е диелектрик, ако не е в йонизирано състояние. Както и при други благородни газове, хелийът има метапасируеми енергийни нива, които позволяват да остане йонизирана в електрическо изпускане, когато напрежението остане под йонизационния потенциал.

Хелий-4 е уникален, тъй като притежава две течни форми. Обичайното се нарича хелий I и съществува при температури от точка на кипене от 4.21 К (-268.9 ° С) до около 2.18 К (-271 ° С). Под 2,18 k термична проводимост от 4 става 1000 пъти повече, отколкото в мед. Този формуляр се нарича хелий II, за да го разграничи от обичайната. Той има суперфудност: вискозитетът е толкова нисък, който не може да бъде измерен. Хелий II се разпространява в тънък филм на повърхността на всяко вещество, което се отнася и този филм тече без триене дори срещу гравитация.

По-малко изобилният хелий-3 образува три различни течни фази, две от които са супертекст. Суперфлуливост в 4-тата, която е бил открит от съветския физик в средата на 30-те години и същото явление на 3 години за първи път забелязал от Дъглас Д. Осенеров, Дейвид М. Ли и Робърт С. Ричардсън от Съединените щати през 1972 година.

Течната смес от два изотопа от хелий-3 и -4 при температури под 0.8 K (-272.4 ° C) е разделена на два слоя - почти чист 3 той и смес 4 той с 6% хелий-3. Разтварянето на 3, което в 4 е придружено от охлаждащ ефект, който се използва при проектирането на криостати, в които температурата на хелий пада под 0.01 К (-273,14 ° С) и се поддържа от такива в a няколко дни.

Връзки

При нормални условия хелий е химически инертен. В екстремалната, е възможно да се комбинира елемента, който с нормална температура и налягане не са стабилни. Например, хелийът може да образува съединения с йод, волфрам, флуор, фосфор и сяра, когато е изложена на електрически интелигентен разряд с бомбардиране на електрони или в плазменото състояние. По този начин, HENE, HGHE 10, W, 2 и молекулярни йони не са 2 +, не 2 ++, HEH + и HED + са създадени. Тази техника също така направи възможно неутрални молекули, а не 2 и HGHE.

Плазма

Във вселената, йонизираното хелий е предимно общо, чиито свойства се различават значително от молекулярно. Електроните и протоните не са свързани и има много висока електрическа проводимост дори в частично йонизирано състояние. Магнитните и електрическите полета имат силно въздействие върху заредените частици. Например, в слънчевия вятър, хелийните йони заедно с йонизиран водород взаимодействат със земната магнитосфера, причинявайки северни светлини.

Откриване на депозити в САЩ

След пробиването на кладенцата през 1903 г. в Декстър, Канзас се получава непрекъснати газ. Първоначално не беше известно, че съдържа хелий. Какъв газ е намерен, дефинирах геологът на Еразъм Хаворт, който събра своите проби и в Канзас с помощта на химиомиди Хамилтън и Дейвид Макфърланд откри, че съдържа 72% азот, 15% метан, 1% водород и 12 % не са идентифицирани. След провеждане на последващи анализи учените са открили, че 1.84% от пробата е хелий. Така научих, че този химичен елемент присъства в огромни количества в дълбините на големите равнини, откъдето може да бъде извлечен от природен газ.

Промишлено производство

Това направи САЩ от ръководителя на световното производство на хелий. В предложението на сър Ричард Валфел, американският флот финансира три малки експериментални инсталации за получаване на това вещество по време на Първата световна война, за да осигури бариери с лек непластим асансьорски газ. Според тази програма са произведени общо 5 700 m 3 92%, които са произведени, въпреки че преди това са получени само по-малко от 100 литра газ. Някои от този обем бяха използвани в първия S-7 хелий хелий в света, който направи първия си полет от пътищата на Хамптън до полето за Болинг на 7 декември 1921 година.

Въпреки че процесът на втечняване на газ с ниска температура по това време не е бил достатъчно разработен да бъде значителен по време на Първата световна война, производството продължава. Хелий се използва главно като повдигащ газ в самолета. Търсенето на него е нараснало по време на Втората световна война, когато тя започна да се прилага с екранирано дъгова заваряване. Елементът също беше важен в проекта за създаване на атомна бомба "Манхатън".

Национален американски запас

През 1925 г. правителството на Съединените щати създаде национален резерв на хелий в Амарильо, Тексас, за да осигури военни дирижабъл по време на воените и търговските самолети в мирно време. Използването на газ след втория свят е намаляло, но запасът е увеличен през 50-те години, за да се гарантира, наред с другото, неговите доставки като охлаждаща течност, използвана при производството на кислород-водород ракета по време на периода на космическото състезание и. \\ T Студената война. Използването на хелий в Съединените щати през 1965 г. осем пъти надвишава върховата консумация на война.

След приемането на 1960-те регистрация на хелий, бюрото за минно дело е подадено от 5 частни предприятия за извличане на елемента от природен газ. За тази програма е построен 425-километров газопровод, който е свързан с тези растения с правителство частично изтощено газово поле близо до Amarillo в Тексас. Хелий азотната смес се изпомпва в подземното съхранение и остава там, докато не е имало нужда от него.

До 1995 г. се събира резерв от един милиард кубически метра, а дългът на националния резерв възлиза на 1,4 млрд. Долара, което предизвика конгрес на САЩ през 1996 г. постепенно да го откаже. След приемането през 1996 г., приватизацията на хелий, Министерството на природните ресурси стартира хранилището през 2005 г.

Курсови и производствени обеми

Хелий, произведен преди 1945 г., има чистота от около 98%, оставащите 2% са представлявали азот, който е бил достатъчен за диригентност. През 1945 г. е произведен малък размер от 99,9% газ за използване в дъгова заваряване. До 1949 г. чистотата на получения елемент достигна 99.995%.

През годините Съединените щати са произвели повече от 90% от световния обем на търговския хелий. От 2004 г. се получава годишно 140 милиона м 3, от които 85% са в САЩ, 10% са произведени в Алжир, а останалите в Русия и Полша. Основните източници на хелий в света са газовите полета на Тексас, Оклахома и Канзас.

Процес на получаване

Хелий (98.2% чистота) е изолиран от природен газ чрез втечняване на други компоненти при ниски температури и при високо налягане. Адсорбцията на друг газ охладен въглерод ви позволява да постигнете чистота от 99.995%. Малкият обем хелий се произвежда по време на втечняване на въздуха в голям мащаб. От 900 тона въздух могат да бъдат получени около 3.17 куб. m газ.

Обхват на приложение

В различни области се прилага благороден газ.

  • Хелий, чиито свойства позволяват да се получат ултравиди температури, се използва като охлаждащ агент в голям административен слой, свръхпроводящи магнити на MRI апарати и спектрометри на ядрено-магнитен резонанс, сателитно оборудване и за втечняване на кислород и водород в ракети Apollo.
  • Като инертен газ за алуминиево заваряване и други метали, при производството на фибри и полупроводници.
  • Да се \u200b\u200bсъздаде натиск в резервоарите за гориво на ракетни двигатели, особено тези, които работят върху течен водород, тъй като само хелий газообразен запазва съвкупното си състояние, когато водородът остава течен);
  • HE-NE се използва за сканиране на баркодове в офиса на кутията в супермаркетите.
  • Хелий-йонният микроскоп ви позволява да получите най-добрите изображения от електронните.
  • Благодарение на високата пропускливост, благородният газ се използва за проверка на течове, например в климатични системи, както и за бързо пълнене на въздушни възглавници при сблъсък.
  • Ниската плътност ви позволява да напълвате декоративни топки с хелий. Инертният газ заменя експлозивния водород в дирижаблита и балоните. Например, в метеорологията, хелийните топки се използват за повдигане на измервателните уреди.
  • Криогенната техника служи като охлаждаща течност, тъй като температурата на този химичен елемент в течно състояние е минимално възможна.
  • Хелий, чиито свойства я осигуряват с ниска реактивност и разтворимост във вода (и кръв), в кислородната смес, намерена употреба в дихателните пътища за гмуркане с гмуркане с гмуркане и кесон.
  • Метеоритите и скалите се анализират за съдържанието на този елемент, за да се определи тяхната възраст.

Хелий: свойства на елементите

Основните физични свойства на той са както следва:

  • Атомно число: 2.
  • Относителната маса на хелий атом: 4.0026.
  • Точка на топене: Не.
  • Точка на кипене: -268,9 ° C.
  • Плътност (1 атм, 0 ° С): 0.1785 g / p.
  • Окисляването гласи: 0.

Вероятно малко в областта на термоядрената енергия е заобиколен от митове като хелий 3. През 80x-90s тя е активно популяризирана като гориво, което ще реши всички проблеми на контролиран термоядрен синтез, както и една от причините да се получи От земята (защото на земята е буквално няколкостотин килограма, но на Луната един милиард тона) и накрая се занимават с развитието на слънчевата система. Всичко това се основава на много странни идеи за възможностите, проблемите и нуждите на несъществуващата термоядрена енергия днес, за която ще говорим.

Машината за производството на хелий3 на Луната е вече готова, въпросът е за малък - да го намериш.

Когато казват за хелий3, тогава те означават реакцията на термоядрения синтез HE3 + D -\u003e HE4 + H или HE3 + HE3 -\u003e 2HE4 + 2H. В сравнение с класически D + T -\u003e HE4 + N В реакционните продукти няма неутрони, което означава, че няма активиране на супернингични неутрони на дизайна на термоядрения реактор. В допълнение, проблемът се счита за факта, че неутроните от "класиката" се извършват от плазмата 80% енергия, поради което балансът на самозатваряне се извършва при по-голяма температура. Друга версия на хелий е, че електричеството може да бъде отстранено директно от заредени частици на реакцията, а не чрез нагряване на неутроните на водата - както в старата мощност на въглищата.

Така че всичко това не е вярно или по-скоро много малка част от истината.

Да започнем с факта, че със същата плазмена плътност и оптималната температура, отговорът на HE3 + D ще даде 40 пъти по-малко Енергийно освобождаване на кубието на работната плазма. В този случай температурата, необходима за най-малко 40 многократни разкъса, ще бъде 10 пъти по-висока - 100 keV (или. \\ T един милиард степени) срещу 10 за D + t. Само по себе си, тази температура е доста постижима (текущата на Tokamaks днес е 50 kev, само два пъти по-лошо), но за да се завържат енергийния баланс (скорост на охлаждане срещу скорост на нагряване, вкл. Samokhevet) Трябва да наберем 50 пъти по-голямо освобождаване на енергия С кубител HE3 + D реакцията, която може да се извърши само повишаване на плътността в същите 50 пъти. В комбинация с температурата нарастват 10 пъти, давайки повишено плазмено налягане 500 пъти - от 3-5 банкомат до 1500-2500 банкомат, и същото увеличение на изкрището, което ще запази тази плазма.

Но снимки вдъхновяват.

Не забравяйте, че написах, че магнитите на тороидалното поле на ITER, които създават убежище на плазмените - абсолютно рекордни продукти, единствените параметри в света? Така че феновете на He3 предлагат да правят магнити 500 пъти по-мощни.

Добре, забравете за трудностите, може ли ползите от тази реакция да плащат за тях?

Различни термоядрени реакции, които са приложими за TTS. He3 + D дава малко повече енергия от D + t, но много енергия се изразходва за преодоленото от отблъскване на кулук (заряда 3 и не 2), така че реакцията е бавна.

Да започнем с неутрони. Неутроните в индустриален реактор ще бъдат сериозен проблем, повреда на случаите, затопляйте всички елементи, обърнати към плазмата толкова много, че ще трябва да бъдат охладени с прилична консумация на вода. И най-важното, активирането на неутронни материали ще доведе до факта, че след 10 години след спиране на термоядрения реактор, той ще има хиляди тонове радиоактивни структури, които не могат да бъдат разглобени с ръцете си и които ще бъдат положени в стотиците на хранилището и хиляди години. Изхвърлянето на неутрони очевидно би улеснило задачата за създаване на термоядрена електроцентрала.

Делът на енергията, носен от неутрони. Ако добавите повече HE3 в реактора, можете да го намалите до 1%, но все пак ще затегне условията на запалване.

Добре, но какво да кажем за директно преобразуване на енергията на заредените частици в електричество? Експериментите показват, че потокът от йони с енергия от 100 keV може да бъде превърнат в електричество от 80% ефективност. Ние също нямаме неутрони .... Е, в смисъл, те не изпълняват цялата енергия, която можем да получим под формата на топлина - да се отървем от парни турбини и да поставяме йонни колектори?

Да, има технологии за пряка трансформация на плазмената енергия в електричество, те активно се изследват в 60x-70s и показват ефективността в областта от 50-60% (не 80, трябва да се отбележи). Тази идея обаче е слабо приложима както в реактори D + t, така и в HE3 + D. Защо е така, помага да се разбере тази снимка.

Тя показва загубата на топлина от плазмата върху различни канали. Сравнете D + T и D + HE3. Транспортът е нещо, което може да се използва за директно превръщане на плазмената енергия в електричество. Ако в D + T версия, всички ние вземаме неясни неутрони, тогава в случая на He3 + D, всичко отнема всички плазмени електромагнитни лъчения, най-вече синхротрон и рентгенови спирачки (в картината Bremsstrahlung). Ситуацията е практически симетрична, все още трябва да отстраните топлината от стените и все още директно преобразуване не можем да изтеглим повече от 10-15% Енергията на термоядното изгаряне, а останалите - по стария начин, през параилната кола.

Илюстрация в проучването за пряко превръщане на плазмената енергия на най-големия отворен капан гама-10 в Япония.

В допълнение към теоретичните ограничения, в света (включително в СССР) са изразходвани гигантски усилия за създаване на директни плазмени съоръжения за преобразуване на енергия в електричество за конвенционални електроцентрали, което дава възможност за повишаване на ефективността от 35. \\ t % до 55%. Основно на базата на MHD генератори. 30 години работа на големи групи, завършили в PSHIKOM - инсталационният ресурс е стотици часове, когато хиляди векове са необходими хиляди и десетки хиляди. Гигантското количество ресурси, изразходвани за тази технология, по-специално, на факта, че страната ни изостава в производството на енергийни газови турбини и инсталации на цикъла на пара-буба (които са точно същото увеличение на ефективността - от 35 до 55%!).

Между другото, мощните свръхпроводящи магнити са необходими за генераторите на МНТ. Тук са магнити за съвместно предприятие за 30 мегавата MHD генератор.

Наскоро, особено след като Съединените щати укрепиха темпото на работа по своята лунна програма, темата на Хелия-3, като основата на ядрената енергия на бъдещето, стана все по-силна. Този елемент дори отстранява фантастичните филми. Какво е хелий-3, където да го получите и какви ползи той обещава човечеството!

Реактор без радиация

Helium-3 (³ He) е един от хелий изотопите, в сърцевината на който е един неутрон, а не две. На земята резервите Gely-3 са 0,000137% от общия брой елементи и се оценяват на 35 хил. Тона. Почти всички налични в присъствието на хелий-3 са запазени след образуването на планетата ни.

Интересът към този изотоп хелий се засили, след като стана ясно, че човечеството се доближава до сериозна енергийна криза. Резервите на въглеводороди се приближават до края, а след няколко десетилетия напълно ги изчерпахме. Алтернативни енергийни източници, като вятър, слънце, приливи и отливи, геотермална активност, не могат да покрият всички нужди на човечеството. Все още има резерви на каменни въглища, което е достатъчно за около 200-300 години. Въпреки това, тъй като делът на въглищата в съвременната енергия ще се увеличи, този период може да бъде значително намален. Освен това процесите на изгаряне и въглища са сериозно засегнати от екосистемата на планетата.

Така единственият източник на енергия, който е достатъчен за дълго време, е енергия, основана на разделението на ядрата на уран. Вече днес ядрената енергия отнема почти 7% в световния енергиен баланс. И всяка година участието му се увеличава. Но в същото време въпросът за основния проблем на всички оползотворяване на АЕЦ и съхранение на радиоактивни отпадъци, който става все повече и повече, става все повече и повече. И тук идеалният изход ще бъде използването на гориво въз основа на реакциите на термоядрения синтез с хелий-3.

Въпросът в това е, че ядрените реакции, протичащи с участието на хелий-3, за разлика от други ядрени реакции, се появяват с освобождаването на не-неутрони и протони. Неутроните са изключително активни частици, те са в състояние да проникнат дълбоко от структурните материали на ядрения реактор, да унищожат тяхната структура и да правят радиоактивни. Това води до факта, че индивидуалните детайли и възли на всеки няколко години трябва да променят реактора, за да работят в нормален режим. Освен това има проблем с изхвърлянето и обезвреждането на ядрените отпадъци.

Протоните, за разлика от неутроните, не доставят радиоактивност и не могат да проникнат във вътрешността на структурите. Всъщност потокът от протони е потокът на водород. И материали, от които се създават възли на реактора, работещи на хелий-3, могат да служат като десетилетия. Като цяло, реакцията с участието на ³, е 50 пъти по-малко радиоактивна от обичайната реакция на взаимодействието на деутерий с тритий (D + t).

По този начин основното предимство на хелий-3 не е толкова в своята енергийна стойност, както в почти пълна екологична безопасност.

Лунен печат

Къде мога да получа хелий-3 в необходимия мащаб? На Земята този изотоп се съдържа в такива незначителни суми, че не може да бъде за нейното промишлено минно дело и реч. Отговорът на този въпрос е известен дълго време - на Луната.

Фактът, че Луната има огромни резерви от хелий-3, тя стана известна, когато първите проби от лунната почва са доставени на земята със съветските автоматични устройства "Луна" и американски астронавти по време на изпълнението на програмата Аполон.

Относителната концентрация на изотопа в лунната почва е 1000 пъти по-висока от земните дълбочини. Причината за това явление се крие в редовното облъчване на повърхността на луната от корпускуларната радиация на Слънцето. Факт е, че без защита под формата на силно магнитно поле, повърхностният прахов слой (регист) на луната редовно получава огромна доза радиация. По време на този процес се въвеждат голям брой елементи в него, предимно водород и хелий изотопи.

Според предварителни оценки общите резерви на хелий-3 на Луната представляват около един милион тона. Ще има достатъчно такъв брой изотоп към човечеството от хиляда години. Неговата енергийна ефективност е такава, че 1 тон хелий-3 може да замени 20 милиона тона масло, което ще позволи през годината да осигури изходната мощност на АЕЦ в 10 GW. В един тон лунната почва съдържат 10 mg хелий-3, който съответства на отделянето на енергия от 1 m³ масло. Може да се каже, че повърхността на Луната е маслен океан. Човечеството се нуждае от 200 тона, като ежегодно, необходимостта от руска енергия се оценява на 20-30 тона хелий-3 годишно.

Въпреки това, независимо колко големи общи резерви, съдържанието на изотоп в лунната почва все още е много малко (приблизително 10 mg на тон рок). Така, за да се гарантира нуждите на човечеството, трябва да отворите 20 милиарда тона реге за година. Като се има предвид средната дебелина на регеолитния слой на 3 м, общата площ на производство ще бъде 30 на 100 км.

Днес, когато доставката на дори няколкостотин килограма товар на Луната се счита за голямо постижение, рециклиране на милиарди тонове лунната почва се възприемат като напълно фантастичен проект. Следователно правилното решение не би било транспортирано от лунната почва на земята и организацията на самотолуние на пълния цикъл на получаване на готовия изотопен хелий-3 - вариращ от производството на породата и завършва с обогатяването.

Трудности при производството

Въпреки това, 20 милиарда тона преобладаващи творби на лунната почва изглеждат фантастично събитие. На земята сега произвежда около 5 милиарда тона въглища годишно. Обемът на оцветените произведения на земната почва е около 50 милиарда тона. Това означава, че текущите нива на развитие на земните подпочли са доста сравними с мащаба с това, което може да се очаква на Луната. Е, същото време на Луната няма да стои проблеми, свързани с последиците за околната среда от припокриващата се работа, така че общата ефективност на развитието на лунната почва може да бъде няколко пъти по-висока от земята. Не забравяйте, че силата на гравитацията на Луната е шест пъти по-малка, отколкото на земята. Това, от своя страна, ще позволи на сериозно да се увеличи скоростта на почвата.

Що се отнася до техническата страна на въпроса, земната наука и технологии са достатъчно развити, за да започнат организацията на процеса на прехвърляне на част от минната и преработката и минната индустрия на Луната. Разбира се, този процес ще отнеме повече от десетина години, така че по-скоро ще започнем, толкова по-бързо получаваме необходимия резултат.

Вече е необходимо да се започне подготвителен етап, съдържащ геоложки проучвания и тестова работа, която трябва да се проведе в рамките на общите изследвания на Луната. Един от първите трябва да работи по изучаването на вътрешната структура на Луната, насрочена в програмата "Лун-Глобал". В хода на изпълнението на тази програма се планира да се получат данни за химическата структура на луната луна, както и да се определят размерите на лунното ядро, се планира да се използва химическо-минералогично тълкуване на сеизмични данни.

Следващият етап от работата ще бъде доставката на половин килограм от луната до земята. Основният акцент трябва да се направи на безпилотни превозни средства, които ще събират проби от лунна почва и да ги предадат на модули за кацане. В допълнение, Луните могат да бъдат поверени на задачата за създаване на дългосрочна мрежа от сеизмични сензори, чиито импулси ще позволят да се получи изчерпателна представа за това, което се случва в червата на Луната. В същото време ще е необходимо да се направи картографиране на лунната повърхност за съдържанието на хелий-3.

Хелиа-3 реактор

И накрая, последният въпрос остава - създаването на термоядрен реактор, при който се използва гориво въз основа на хелий-3. Днес такъв реактор съществува само на теория. Въпреки че работата по контролирания термоядрен синтез вече е прехвърлена към практическата равнина. Във Франция експерименталният реактор на Experimal ITER е в процес на изграждане, който ще използва реакционния синтез с Titiya в работата си. Цената на строителството първоначално се оценява на 5 милиарда евро, а първият етап от реактора е планиран да започне до 2016 година. Въпреки това, разходите по-късно бяха наполовина и началото на операцията бе изместена за 2020 година. ITER ще бъде сграда с височина 60 метра и маса от около 23 хиляди тона. Специално внимание в създаването му беше изплатено на проблема с радиационната безопасност. Въпреки това, за да работи с хелий-3, реакторът тип ITER не е подходящ. Факт е, че за такава реакция ще бъде необходимо да се създаде температура, която е три пъти по-висока от температурата в активната ITER зона.

Като се има предвид, че след отварянето на ядрените реакции и преди създаването на реактора ITER THERMALIDE, човечеството отиде дълга на 50 години, може да се предположи, че създаването на реактор на Helia-3 ще отнеме около 20-30 години.

Хелий-три. Странна и неразбираема фраза. Въпреки това, колкото по-далеч ще го чуем. Тъй като според експертите, той е хелий-три ще спаси нашия свят от предстояща енергийна криза. И в това предприятие Русия активно действа.

Луна

Обещаващата термоядрена енергия, която използва реакцията на синтеза на деутерий-тритий като основа, макар и по-сигурна от енергийното разделение на атомното ядро, което се използва в съвременните АЕЦ, все още има редица значителни недостатъци.

  • ПървоС тази реакция се маркира броят на високоенергийните неутрони. Такъв интензивен неутрол поток. Нито един от известните материали не може да издържи на шест години - въпреки факта, че има смисъл да се направи реактор с ресурс най-малко за 30 години. Следователно първата стена на тритиум термоядрения реактор трябва да бъде заменена - и това е много сложна и скъпа процедура, свързана със същото с реактора, спрете при сравнително дългосрочен план.
  • ВтороОт мощно неутронно лъчение е необходимо да се предпазят магнитната система на реактора, която усложнява и съответно увеличава цената на строителството.
  • ТретоМного елементи на дизайна на тритиевия реактор след изтичане на срока ще бъдат много активни и ще изискват погребение за дълго време в специално създадени складови помещения.

В случай на използване в термоядрения реактор, деутерий с хелий изотоп-3 вместо тритий, повечето проблеми могат да бъдат решени. Интензивността на неутронния поток попада 30 пъти съответно, е възможно лесно да се осигури експлоатационен живот от 30-40 години. След края на експлоатацията на хелийния реактор не се образуват високоактивни отпадъци, а радиоактивността на структурните елементи ще бъде толкова малка, която може да бъде погребана буквално на градския сметища, леко поръсена с земята.

Какъв е проблемът? Защо все още не използваме такова благоприятно гориво?

На първо място, защото на нашата планета на този изотоп е изключително малко. Роден е на слънце, който понякога се нарича "слънчев изотоп". Общата му маса там надвишава теглото на нашата планета. В заобикалящото пространство хелий-3 се разпространява от слънчев вятър. Магнитното поле на Земята отклонява значителна част от този вятър и затова хелий-3 е само една трилиона част от земната атмосфера - приблизително 4000 тона. На самата земя още по-малко - около 500 кг.

На Луната на този изотоп е много повече. Там се занимава с лунната почва "Regolit", според състава, наподобяващ обичайната шлака. Говорим за огромни - почти неизчерпаеми резерви!

Анализ на шестте проби от почвата, донесени от експедиции "Аполон" и две проби, предоставени от съветските автоматични станции " Луна"Показах, че в ребра, обхващащи всички морета и самолета на Луната, той съдържа до 106 тона хелий-3, което би гарантирало нуждите на земната енергия, дори се увеличава в сравнение с модерните няколко пъти, за Millennium! Според съвременните атаки резервите на хелий-3 на Луната са три порядъка повече - 109 тона.

В допълнение към Луната, хелий-3 може да бъде намерен в плътната атмосфера на планети-гиганти и, според теоретичните оценки, резервите му само на Юпитер са 1020 тона, които биха имали достатъчно за енергията на земята към констатацията пъти.

Гелия-3 минни проекти

Регът обхваща луната със слой с дебелина няколко метра. Регитните лунни морета са по-богати хелий от самолета ребелит. 1 кг хелий-3 съдържа приблизително 100 000 тона регеолит.

Следователно, за да се получи скъпоценен изотоп, е необходимо да се рециклира огромно количество ронлива лунна почва.

Като се вземат предвид всички характеристики, технологията за производство на хелий-3 трябва да включва следните процеси:

1. Производството на реголит.

Специални "комбайни" ще се събират единични от повърхностния слой с дебелина около 2 m и да го предадат на точките на обработка или процесите директно в производствения процес.

2. Изолиране на хелий от реголит.

Когато ребосирът се нагрява до 600? С highlifted (десорбиран) 75% от хелий, съдържащ се в реглото, когато се нагрява до 800 ° С, е почти всички хелий. Предлага се прах за прах в специални пещи, фокусираща слънчева светлина или пластмасови лещи или огледала.

3. Доставка до Земята с космически кораб за многократна употреба.

При извличането на хелий-3 от регелита се екстрахират множество вещества: водород, вода, азот, въглероден диоксид, азот, метан, въглероден оксид, който може да бъде полезен за поддържане на лунния индустриален комплекс.

Проектът на първия лунен комбайн, предназначен за преработка на релолит и разпределението на изотопа от Helia-3 от него, беше предложен от групата J. Kulchinsky. В момента частните американски компании разработват няколко прототипа, които очевидно ще бъдат представени на състезанието, след като НАСА се определя с характеристиките на бъдещата експедиция до Луната.

Ясно е, че в допълнение към доставката на комбайни до Луната ще трябва да се изгради съоръжение за съхранение, база данни (за обслужване на целия комплекс на оборудването), космодром и много други. Изчислено е, че високите разходи за създаване на развита инфраструктура на Луната ще плати стократно по отношение на факта, че идва глобалната енергийна криза, когато традиционните видове енергия (въглища, петрол, природен газ) ще трябва да бъдат изоставени .

Начало Технологичен проблем


По пътя към създаването на енергия въз основа на хелий-3 има един важен проблем. Факт е, че реакцията Deuterium-Helium-3 е много по-сложна от реакцията на деутерий-тритий.

На първо място, е изключително трудно да се подпали сместа от тези изотопи. Прогнозната температура, при която термонуклеарната реакция ще отиде в смес от деутерий-тритий, е 100-200 милиона градуса. Когато използвате хелий-3, необходимата температура е два порядъка по-висока. Всъщност трябва да запалим на земята малко слънце.

Въпреки това, историята на развитието на ядрената енергия (миналата половин век) демонстрира увеличение на генерираните температури за нареждане за 10 години. През 1990 г. европейската токамак струя вече гори хелий-3, докато полученият капацитет е 140 kW. По същия начин, температурата на TFTR е достигната на американския TFTR TOKAMAK, като се постига температурата, необходима за стартиране на реакцията в сместа Deuterium-хелий.

Въпреки това, сместа все още е наполовина надолу. Минусът на термоядрената енергия е сложността на получаването на практически възвръщаемост, защото работното тяло се загрява до много милиони плазмени степени, които трябва да държите в магнитно поле.

В продължение на много десетилетия се провеждат експерименти по плазмата, но само в края на юни миналата година в Москва представители на редица държави са подписали споразумение за строителство в южната част на Франция в гр. Кадараш международен експериментален Реактор за темалид (ITER) - прототип на практическа термоядрена електроцентрала. Горивото ITER ще използва деутерий с тритий.

Термосадният реактор на хелий-3 ще бъде конструктивно по-сложен от ITER и досега не е дори в проекти. И въпреки че специалистите се надяват, че прототипът на реактора на Helia-3 ще се появи през следващите 20-30 години, докато тази технология остава най-чистата фантастика.

Въпросът за производството на HELIA-3 бе анализиран от експерти по време на изслушвания за бъдещите научни изследвания и развитие на Луната, проведени през април 2004 г. в подкомисията по пространство и аеронавтика на комисията по наука за заместниците на Конгреса на САЩ. Тяхното заключение беше недвусмислено: дори в далечно бъдеще, производството на Хелиа-3 на Луната е напълно нерентабилно.

Както отбеляза Джон Логанд, директор на Института за космическа политика от Вашингтон: "Американската космическа общност не разглежда хелий-3 добив като сериозен предлог, за да се върне на Луната. Да летят там зад този изотоп преди петстотин години, за да изпрати Колумб в Индия за уран. Можеше да го донесе на него и ще донесе, само няколкостотин години никой няма да знае какво да прави с него. "

Хелия-3 добив като национален проект

"Говорим за термоядрата енергия на бъдещето и новия екологичен тип гориво, който не може да бъде извлечен на Земята. Говорим за индустриалното развитие на Луната за производство на хелий-3 ".

Това изявление на ръководителя на ракетата и космическата корпорация "ЕНЕРГИЯ" Николай Севастанова се възприема от руските научни наблюдатели като заявление за формиране на нов "Национален проект".

В противен случай една от основните функции на държавата, особено през 20-ти век, просто се формулира в обществото на задачите на ръба на въображението. Тя се отнася до съветската държава: електрификация, индустриализация, създаване на атомна бомба, първия сателит, ротация на реки.

Днес държавата се опитва в Руската федерация, но не може да формулира задачите на ръба на невъзможното. Държавата се нуждае от някой, който да му покаже национален проект и да обоснове ползите, които от този проект възникват в теория. Програмата за развитие и производство на хелий-3 от Луната до Земята, за да доставят термоядрената енергия, перфектно отговаря на тези изисквания.

"Просто мисля, че има дефицит в голяма технологична задача", лекарят по физически и математически науки, подчертан в интервю, научният секретар на Института за космически изследвания Рас Александър Захаров. - Може би поради това, наскоро имаше всички тези разговори за минното дело на Луната Хелия-3 за термоядрена енергия. Ако Луна - Източник на минерали, и от там носят този хелий-3 от там, и няма достатъчно енергия на земята ... всичко това е разбираемо, звучи много красиво. И под нея лесно, може би да убеди влиятелните хора да разпределят пари. Така мисля".

Възможно е през следващите години ще бъде свидетел на лунната раса-2, чийто победител (или победителите) ще получи практически неизчерпаем източник на енергия в собствените си ръце. Това от своя страна ще позволи на човечеството да достигне качествено нов технологичен начин, чиито параметри можем да предположим.

Какво е хелий-3?

От учебната година на физиката, ние помним, че атомното тегло на хелий е равно на четири и този елемент е инертен газ. Това е проблематично да се използва при химични реакции, особено с освобождаването на енергия. Това е съвсем друго нещо - хелий изотоп с атомно тегло 3. Тя е в състояние да влезе в темалидна реакция с деутерий (изотоп на водород с атомно тегло 2), в резултат на което се образува гигантска енергия поради синтеза на конвенционален хелий-4 с протонното освобождаване (3 не + d → 4 не + P + енергия). По същия начин, от само един грам хелий-3, можете да получите същата енергия, както при изгарянето на 15 тона масло.

Хелий-3 тона са достатъчни за освобождаване на енергия на ниво 10 GW през годината. По този начин, за да се затвори цялата енергийна консумация на Русия на Русия, тя ще отнеме 20 тона хелий-3 годишно, а за цялото човечество ще се изисква приблизително 200 тона на този изотоп годишно. В същото време необходимостта от изгаряне на петрол и газ ще изчезне, запасите от които не са безгранични, според последните оценки на изследваните въглеводородни резерви - човечеството е достатъчно за половин век. Няма да е необходимо да се използват и достатъчно опасни АЕЦ, които след Чернобил и Фукушима придобиват специално значение.

Къде да получите хелий-3?

Със съвременното развитие на технологиите единственият източник на този елемент е повърхността на Луната. Самата хелий-3 се оформя в дълбините на звездите (например, нашето слънце) в резултат на съединението от два водородни атома. В този случай основният продукт на тази реакция е обичайният хелий-4 и изотопът 3 се образува в малки количества. Някои от тях са направени от слънчев вятър и е равномерно разпределен над планетарната система.

На практика тя не попада върху Земния хелий-3, тъй като атомите му се отхвърлят от магнитното поле на нашата планета. Но на планетите, чието поле липсва, елементът се отлага в горните слоеве на почвата и постепенно се натрупва. В непосредствена близост до земята е небесно тяло, което няма магнитно поле, е луната, така е, че резервите на този ценен енергиен превозвач са фокусирани тук.

Потвърждението е не само теоретични изчисления, но и резултатите от емпиричните изследвания. Във всички проби от лунната почва, доставени на земята, хелий-3 е открит в относително високи концентрации. Средно 100 тона регелит представляват 1 гр. Този енергиен изотоп.

Така, за да се извлекат гореспоменатите 20 тона хелий-3, за да се задоволи напълно годишната консумация на енергия на Руската федерация, ще бъде необходимо да се "шокират" от 2000 милиона тона лунна почва.

Физически, тя съответства на площта на Луната с размери 20x20 км от дълбочината на кариерата от 3 м. Задачата за организиране на такова мащабно производство е доста сложно, но доста решени, съвременните инженери са уверени. Очевидно е, че по-труден и скъп проблем ще бъде доставката на десетки тонове гориво за пещи на тонове до земята.

Какво липсва човечеството за хелий енергията?

За развитието на пълноценна термоядрена енергия въз основа на хелий-3, хората трябва да решават три основни задачи.

1. Създаване на надеждни и мощни средства за предоставяне на товари по маршрута Земя-Луната и обратно.

2. Конструкцията на лунните бази и хелий-3 минни комплекси, която е свързана с много технологични проблеми.

3. Изграждане на действителни термоядрени електроцентрали на Земята, за които ще бъдат преодолени някои технологични бариери.

Решението на първия проблем, човечеството се движеше почти внимателно. Всички четири страни, участващи в лунната раса-2 плюс Европейския съюз, вече са разработили или развиват тежки класни ракети, способни да хвърлят тонове товар към лунната орбита. Например, до 2027 г., прилагането на ракетата на носителя Angara-A5V е планирано в Русия, която ще може да достави най-малко 10 тона полезен товар на Луната. С обратен транспорт, той ще бъде по-лесно, тъй като силата на луната е 6 пъти по-малко земна, но тук проблемът ще бъде гориво. Тя ще трябва или да извади от земята или ще произведе на повърхността на нашия сателит.


Второто предизвикателство е много по-сериозно, тъй като в допълнение към организацията на производството на Gely-3 от реголита инженерите ще трябва да създадат надеждни лунни бази с системи за поддържане на живота за миньорите на бъдещето. Това значително ще бъде подпомогнато от технологиите, които се разработват поради многогодишна експлоатация на орбитални станции, предимно ISS и "света". Както и в Русия и в други страни лунните бази са активно проектирани днес и може би страната ни днес има максимални технологии за реалното изпълнение на такива проекти.

Що се отнася до третия проблем, работата по създаването на термоядрени реактори върви на земята през последните три десетилетия. Основната технологична трудност тук е проблемът за задържане на високотемпературна плазма (необходима за "запалване" на термоядния синтез) в така наречените. "Магнитни капани".

Този въпрос вече е разрешен за реактори, работещи на принципа на деутерий и тритий съединения (D + T \u003d 4 HE + N + енергия). За да се поддържа такава реакция, е достатъчно температура от 100 милиона градуса.

Въпреки това, такива реактори никога няма да станат маса, тъй като те са изключително радиоактивни. За да започне реакция с участието на хелий-3 и деутерий, ще има температури в 300-700 милиона градуса. Досега такава плазма не успява да задържи дълго време в магнитните капани, но е възможно да се прекъсне международният експериментален термоареден реактор (ITER) в тази област (ITER), който сега се изгражда във Франция и ще бъде пуснат в експлоатация до 2025 година.

Така, десетилетие между 2030-2040 година. Той има всички шансове да започне в развитието на енергията въз основа на хелий-3, тъй като по това време, очевидно, споменатите по-горе технологични пречки ще бъдат преодолени. Съответно ще остане да намери пари за изпълнението на енергийния проект, който може да преведе човечеството в ерата на изключително евтина (почти DARM) енергия с всички последващи последици, както за икономиката, така и за качеството на живота на всеки човек.