Testy

Helium 3 na Měsíci. Měsíc a hrubá nebo hustící energetická historie

Helium je inertní plyn 18. skupiny periodické tabulky. Jedná se o druhý nejlehčí prvek po vodíku. Helium - plyn bez barvy, vůně a chuti, který se stává kapalinou při teplotě -268,9 ° C. Body varu a zmrazení nižší než jakákoli jiná známá látka. Jedná se o jediný prvek, který neuvolňuje při ochlazení za normálního atmosférického tlaku. Tak, že hélia se pohybuje do pevného stavu, při teplotě 1 k je zapotřebí 25 atmosférů.

Historie Otevírání

Helium bylo nalezeno v plynové atmosféře obklopujícím slunci, francouzský astronom Pierre Zhanxen, který v roce 1868 během zatmění objevil jasnou žlutou linku ve spektru solární chromosféry. Původně předpokládal, že tato linka představovala sodíkový prvek. Ve stejném roce, English astronom Joseph Norman Latern pozoroval žlutou čáru v slunném spektru, která neodpovídá slavných sodíkových liniích D 1 a D 2, a proto nazval ho linii D 3. Lomarier dospěl k závěru, že to bylo způsobeno látkou na slunci, neznámá na Zemi. On a chemik Eduard Frankland ve jménu prvku používal řecký titul slunce "Helios".

V roce 1895, britský chemik Sir William Ramzai ukázal existenci hélia na Zemi. Dostal vzorek uranonózního minerálu kabelu a po studiu plynů vytvořených během jeho vytápění, zjistil, že jasně žlutá čára ve spektru se shoduje s linka D 3 pozorovanou v slunečním spektru. Nový prvek byl tedy nakonec instalován. V roce 1903, Ramsi a Frederick Sudda určili, že helium je produktem spontánního rozpadu radioaktivních látek.

Distribuce v přírodě

Hmotnost helia je asi 23% celé hmotnosti vesmíru a prvek je druhým nejvíce prevalence ve vesmíru. Je zkoncentrován do hvězd, kde je vytvořen z vodíku v důsledku termonukleární syntézy. Ačkoli v pozemní atmosféře héliu se nachází v koncentraci 1 části pro 200 tisíc (5 ppm) a v malých množstvích je obsažena v radioaktivních minerálech, meteoritních žlázách, stejně jako v minerálních pružinách, velké objemy prvku jsou nalezeny Ve Spojených státech (zejména v Texasu, New Mexico, Kansas, Oklahoma, Arizona a Utah) jako složka (až 7,6%) zemního plynu. Jeho malé rezervy byly nalezeny v Austrálii, Alžírsku, Polsku, Kataru a Rusku. V zemské kůře je koncentrace helia pouze asi 8 dílů na miliardu.

Isotopes

Jádro každého atomu helia obsahuje dva protony, ale stejně jako ostatní prvky, má izotopy. Obsahují od jedné do šesti neutronů, takže jejich hmotnostní čísla jsou v rozmezí tří až osmi. Stabilní z nich jsou prvky, ve kterých je hmotnost helia určena atomovými čísly 3 (3 on) a 4 (4 on). Všechny ostatní radioaktivní a velmi rychle se rozpadají na jiné látky. Zemní helium není počáteční složkou planety, byla vytvořena v důsledku radioaktivního rozpadu. Alfa částice emitované těžkými radioaktivními látkami jádra jsou 4 ISotopová jádra. Helium se nespadá ve velkém množství v atmosféře, protože gravitace Země nestačí, aby zabránila postupnému úniku do vesmíru. Stopy 3 On na Zemi jsou vysvětleny negativním betarazem vzácného prvku vodíku-3 (tritium). 4 Je nejčastějšími stabilními izotopy: poměr počtu 4 atomů atomů až 3 on je asi 700 tisíc na 1 v atmosféře a asi 7 milionů až 1 v některých minerálech obsahujících helium.

Fyzikální vlastnosti Helium

Teplota varu a tání tohoto prvku je nejnižší. Z tohoto důvodu existuje helium, s výjimkou extrémních podmínek. Plynný HE ve vodě se rozpouští méně než jakýkoli jiný plyn, a difúzní rychlost přes pevné těleso je třikrát vyšší než u vzduchu. Její index lomu je nejblíže 1.

Tepelná vodivost helia je horší pouze pro tepelnou vodivost vodíku a jeho specifická tepelná kapacita je extrémně vysoká. Při normálních teplotách se zahřívá a pod 40 k - chlazený. Proto s T.<40 K гелий можно превратить в жидкость путем расширения.

Prvek je dielektrika, ne-li v ionizovaném stavu. Stejně jako u jiných vznešených plynů má helium metastabilní hladiny energie, které umožňují zůstat ionizovaný v elektrickém výboji, když napětí zůstává pod ionizačním potenciálem.

Helium-4 je jedinečný v tom, že má dvě kapalné formy. Obvyklá se nazývá helium I a existuje při teplotách z bodu varu 4,21 K (-268,9 ° C) do asi 2,18 K (-271 ° C). Pod 2,18 k termální vodivost 4 stává 1000krát více než v mědi. Tato forma se nazývá Helium II, aby ho odlišoval od obvyklého. Má superfluiditu: viskozita je tak nízká, že nelze měřit. Helium II se rozprostírá do tenkého filmu na povrchu jakékoli látky, která se týká, a tento film teče bez tření i proti gravitaci.

Méně hojné hélium-3 tvoří tři různé kapalné fáze, z nichž dva jsou SuperText. Superfluidita ve 4 on byl objeven sovětským fyzikem v polovině 1930 a stejný fenomén 3 on byl nejprve všiml Douglas D. Osherov, Davidem M. Li, a Robert S. Richardson ze Spojených států v roce 1972.

Kapalná směs dvou izotopů hélia-3 a -4 při teplotách pod 0,8 k (-272,4 ° C) je rozdělena do dvou vrstev - téměř čistý 3 on a směs 4 on s 6% helium-3. Rozpouštění 3 on ve 4 on je doprovázen chladicím účinkem, který se používá v konstrukci kryostatů, ve kterém teplota hélia klesne pod 0,01 K (-273,14 ° C) a je podporována takovým v rámci pár dní.

Spojení

Za normálních podmínek je helium chemicky inertní. V extrémním, je možné sloučit prvek, který s normální teplotou a tlakem nejsou stabilní. Například helium může tvořit sloučeniny s jodem, wolframu, fluorem, fosforem a síry, když je vystaven elektrickému inteligentním výboji s elektronovými bombardováním nebo v plazmovém stavu. Tak, Hene, HGHE 10, WHE 2 a molekulární ionty nejsou 2 +, ne 2 ++, Heh + a HED + byly vytvořeny. Tato technika také umožnila získat neutrální molekuly ne 2 a hghe.

Plazma

Ve vesmíru je ionizovaný helium převážně běžné, jejichž vlastnosti se významně liší od molekulární. Elektrony a protony nejsou spojeny a má velmi vysokou elektrickou vodivost i v částečně ionizovaném stavu. Magnetická a elektrická pole mají silný dopad na nabité částice. Například ve slunečním větru, ionty helium spolu s ionizovaným vodíkem interagují se zemskou magnetosférou, což způsobuje severní světla.

Otevření vkladů v USA

Po vrtání vrtání v roce 1903 v Dexteru, Kansas byl získán nehořlavý plyn. Zpočátku nebylo známo, že obsahuje helium. Jaký plyn byl nalezen, definoval jsem geologa Erasmus Havortu, který shromáždil své vzorky a na univerzitě v Kansasu s pomocí chemiků Cadi Hamilton a David McFarland zjistil, že obsahuje 72% dusík, 15% metanu, 1% vodík a 12 % nebyl identifikován. Po provedení následných analýz, vědci zjistili, že 1,84% vzorku je helium. Tak se dozvěděl, že tento chemický prvek je přítomen v obrovských množstvích v hlubinách velkých plánů, odkud může být extrahován ze zemního plynu.

Průmyslová produkce

To učinilo Spojené státy vůdce globální produkce héliai. Při návrhu SIR Richard Trfall, americké námořnictvo financovalo tři malé experimentální závody pro získání této látky během první světové války, aby poskytovaly bariérové \u200b\u200bkuličky s lehkým nehořlavým zvedacím plynem. Podle tohoto programu bylo vyrobeno celkem 5 700 m 3 92 procenta, kdy byl vyroben pouze méně než 100 litrů plynu. Některé z tohoto objemu byly použity v prvním heliovém heliém S-7 na světě, což učinilo jeho první let z Hampton Roads do Bollingového pole 7. prosince 1921.

Ačkoli proces nízkoteplotního plynu zkapalnění v té době nebyl dostatečně navržen tak, aby byl během první světové války významný, výroba pokračovala. Helium se používá hlavně jako zvedací plyn v letadle. Poptávka po něm se rozrostla během druhé světové války, když se začala aplikovat se stíněnými svařováním oblouku. Prvek byl také důležitý v projektu vytváření atomové bomby "Manhattan".

National US Shoc.

V roce 1925, Spojené státy vláda vytvořila v národní rezervaci hélia v Amarillo, Texasu, s cílem zajistit vojenské vzducholoď během válečných a komerčních letadel v míru. Použití plynu poté, co se druhý svět snížil, ale zásoba byla zvýšena v roce 1950, aby se mimo jiné zvýšily jeho dodávky jako chladivo používané při výrobě kyslík-vodík raketových paliv během období kosmického závodu a studená válka. Využití hélia ve Spojených státech v roce 1965 osmkrát překročilo špičku Wartime.

Po přijetí zákona z roku 1960 byl minovní předsednictvo podáno 5 soukromých podniků, které extrahují prvek ze zemního plynu. Pro tento program byl postaven 425 km plynovod, který tyto rostliny spojily s vládou částečně vyčerpaným plynovým polem v blízkosti Amarillo v Texasu. Směs dusíku héliu byla čerpána do podzemního skladu a zůstala tam, dokud nebyla potřeba.

Do roku 1995 byla rezerva shromážděna miliardem krychlových metrů a dluh národní rezervy činil 1,4 miliardy dolarů, což vyvolalo amerického kongresu v roce 1996 postupně ho odmítnout. Po přijetí v roce 1996, privatizace hélia, ministerstvo přírodních zdrojů zahájilo úložiště v roce 2005.

Objemy čistoty a výroby

Helium, vyrobené před rokem 1945, měl čistotu asi 98%, zbývající 2% představovaly dusík, který byl dostatečný pro vzducholoď. V roce 1945 bylo vyrobeno malé množství 99,9% plynu pro použití v oblouku svařování. Do roku 1949 dosáhla čistota získaného prvku 99,995%.

V průběhu let se Spojené státy vyrobily více než 90% globálního objemu komerčního helia. Počínaje od roku 2004, to bylo vyrobeno ročně 140 milionů m 3, z nichž 85% je ve Spojených státech, 10% bylo vyrobeno v Alžírsku a zbytek v Rusku a Polsku. Hlavními zdroji hélia na světě jsou plynová pole Texasu, Oklahoma a Kansasu.

Procesu přijetí

Helium (98,2% čistota) se izoluje od zemního plynu zkapalňováním dalších složek při nízkých teplotách a při vysokých tlacích. Adsorpce jiného plynu chlazeného uhlíku vám umožní dosáhnout čistoty 99,995%. Malý objem hélia se vyrábí během vzduchu zkapalnění ve velkém měřítku. Z 900 tun vzduchu lze získat asi 3,17 kostky. m plyn.

Rozsah použití

Ušlechtilý plyn byl aplikován v různých oblastech.

Helium, jehož vlastnosti umožňují získat ultra-nízké teploty, se používá jako chladicí činidlo ve velkém administrativním koliderovi, supravodivých magnetech přístrojů MRI a spektrometrů jaderné magnetické rezonance, satelitní zařízení a zkapalňování kyslíku a vodíku v Apollo raket.
Jako inertní plyn pro svařování hliníku a jiných kovů, při výrobě vláken a polovodičů.
Pro vytvoření tlaku v palivových nádržích raketových motorů, zejména těch, které pracují na kapalném vodíku, protože pouze plynný helium zachovává svůj agregovaný stav, když vodík zůstává kapalný);
He-Ne slouží ke skenování čárových kódů v pokladně v supermarketech.
Mikroskop helium-iontů umožňuje získat nejlepší obrázky než elektronické.
Vzhledem k vysoké permeabilitě se ušlechtilý plyn používá pro ověření úniku, například v klimatizačních systémech, jakož i pro rychlé plnění airbagů při kolejícím.
Nízká hustota umožňuje vyplnit dekorativní koule héliem. Inertní plyn nahradil výbušný vodík do vzducholodů a balónů. Například v meteorologii, helium koule slouží k zvedání měřicích přístrojů.
Kryogenní technika slouží jako chladivo, protože teplota tohoto chemického prvku v kapalném stavu je minimálně možná.
Helium, jehož vlastnosti poskytují nízkou reaktivitu a rozpustnost ve vodě (a krve), v kyslíkové směsi, nalezené použití v dýchacích cestách pro potápění s potápěčskou a caissonovou prací.
Meteority a skály jsou analyzovány pro obsah tohoto prvku určit jejich věk.

Helium: Vlastnosti prvku

Hlavní fyzikální vlastnosti on jsou následující:

Atomové číslo: 2.
Relativní hmotnost atomu helia: 4.0026.
Teplota tání: Ne.
Bod varu: -268,9 ° C.
Hustota (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / p.
Oxidační stavy: 0.

Pravděpodobně, málo v oboru termonukleární energie je obklopen mýty jako helium 3. V 80x-90S, to bylo aktivně populární jako palivo, které bude vyřešit všechny problémy řízené termonukleární syntézy, stejně jako jeden z důvodů, jak se dostat Zemře (protože na Zemi je doslova několik set kilogramů, ale na Měsíci miliardu tun) a konečně se zapojit do vývoje sluneční soustavy. To vše je založeno na velmi podivných představách o možnostech, problémech a potřebách neexistující termonukleární energie, o kterých budeme mluvit.

Stroj pro výrobu helium3 na Měsíci je již připraven, záležitost je pro malé - najít to použití.

Když říkají o helium3, pak znamenají reakci termonukleární fúze HE3 + D -\u003e HE4 + H nebo HE3 + HE3 -\u003e 2HE4 + 2H. Ve srovnání s klasickým D + T -\u003e HE4 + N V reakčních produktech nejsou žádné neutrony, což znamená, že neexistuje žádné aktivaci supernergických neutronů návrhu termonukleárního reaktoru. Kromě toho je problém považován za skutečnost, že neutrony z "klasik" jsou prováděny z plazmatu 80% energie, proto dochází k rovnováze samočinného zahřívání při větší teplotě. Další způsobilá verze helia je, že elektřina může být odstraněna přímo z nabitých částic reakce, a ne ohřevem neutronů vody - jako ve starém uhelném výkonu.

Takže to není pravda, nebo spíše velmi malá část pravdy.

Začněme se skutečností, že se stejnou plazmovou hustotou a optimální teplotou dá HE3 + D odezvu 40krát méně Energetické uvolnění na Cubomber pracovní plazmy. V tomto případě bude teplota požadovaná pro nejméně 40 více prasknutí 10krát vyšší - 100 keV (nebo jedna miliarda stupňů) Proti 10 pro D + T. Samo sama o sobě je tato teplota docela dosažitelná (proud tokamaků dnes je 50 KEV, pouze dvakrát horší), ale kravatu energetické bilance (rychlost chlazení VS tepelné frekvence vč. Samokhevet) Musíme zvýšit 50krátové uvolnění energie S Cubometer HE3 + D reakce, která může být provedena pouze zvýšení hustoty do stejného 50 krát. V kombinaci s teplotou rostla 10 krát zvýšený plazmový tlak 500 krát - od 3-5 atm na 1500-2500 atm a stejný nárůst o sobě, které by tuto plazmu udržely.

Ale obrázky inspirativní.

Pamatujte, že jsem napsal, že magnety toroidního pole ITER, které vytvářejí útočiště plazmy - absolutně zaznamenávají produkty, jediné parametry na světě? Takže, He3 fanoušci nabízejí, aby se magnety 500 krát silnější.

OK, zapomeňte na obtíže, mohou výhody této reakce platit za ně?

Různé termonukleární reakce, které jsou použitelné pro tts. HE3 + D dává poněkud více energie než D + T, ale hodně energie je vynaloženo na překročení coulombového odporu (nabíjení 3 a ne 2), takže reakce je pomalá.

Začněme s neutrony. Neutrony v průmyslovém reaktoru budou vážným problémem, poškodit případové materiály, teplé všechny prvky směřující k plazmě tolik, že budou muset být ochlazeny slušnou spotřebou vody. A co je nejdůležitější, aktivace neutronových materiálů povede k tomu, že po 10 letech po zastavení termonukleárního reaktoru bude mít tisíce tun radioaktivních struktur, které nemohou být demontovány s rukama, a které budou položeny v úložišti stovky a tisíce let. Likvidace neutronů by zjevně usnadnilo vytvoření termonukleární elektrárny.

Podíl energie nesený neutrony. Pokud přidáte více HE3 do reaktoru, můžete jej snížit na 1%, ale stále zpřísní podmínky zapalování.

OK, ale co přímé konverze energie nabitých částic do elektřiny? Experimenty ukazují, že tok iontů s energií 100 keV může být převeden na elektřinu z 80% účinnosti. Nemáme také neutrony. Ve smyslu, v tom smyslu neprovádějí veškerou energii, kterou můžeme dostat do formy tepla - pojďme se zbavit parních turbín a dát iontové sběratele?

Ano, existují technologie pro přímou transformaci plazmové energie do elektřiny, byly aktivně studovány v 60x-70s, a vykazovaly účinnost v oblasti 50-60% (ne 80, je třeba poznamenat). Tato myšlenka je však slabě použitelná jak v D + T reaktory, tak v HE3 + D. Proč je to tak, pomáhá porozumět tomuto obrázku.

Ukazuje ztrátu tepla plazmatem na různých kanálech. Porovnejte D + T a D + HE3. Doprava je něco, co může být použito k přímému konverzi energie plazmové energie na elektřinu. Pokud v D + T verzi, všichni bereme vágní neutrony, pak v případě He3 + D, vše trvá všechny plazmové elektromagnetické záření, většinou synchrotron a rentgenové brzdy (na obrázku Bremsstrahlung). Situace je prakticky symetrická, stále potřebujete odstranit teplo ze stěn a stále přímou konverzi nemůžeme tahat více než 10-15% Energie termonukleárního spalování a zbytek - starým způsobem prostřednictvím parního auta.

Ilustrace ve studii o přímé konverzi plazmové energie na největší otevřené pasti Gamma-10 v Japonsku.

Kromě teoretických omezení existuje inženýrství - na světě (včetně SSSR), gigantické úsilí bylo vynaloženo na tvorbu přímých plazmových energetických konverzních zařízení v elektřině pro konvenční elektrárny, které umožnily zvýšit účinnost z 35 % na 55%. V podstatě na základě generátorů MHD. 30 let prací velkých skupin skončilo v Pshikom - instalační zdroj byl stovky hodin, kdy jsou tisíce věků potřebných tisíců a desítek tisíc tisíc. Gigantické množství zdrojů vynaložených na této technologii vedlo zejména k tomu, že naše země zaostává za vzniku energetických plynových turbín a instalací cyklu parního bubnového cyklu (což je přesně stejné zvýšení účinnosti - od 35 na 55%!).

Mimochodem, silné supravodivé magnety jsou potřebné pro generátory MHD. Zde jsou kloubní rizikové magnety pro 30 megawatny MHD generátor.

V poslední době, zejména poté, co Spojené státy posílily tempo práce na jeho Lunar Program, se tématem Helia-3, jako základ jaderné energie budoucnosti, se stalo stále silnější. Tento prvek dokonce odstraní fantastické filmy. Co je helium-3, kde to dostat a jaké výhody slibuje lidstvo!

Reaktor bez záření

Helium-3 (³He) je jedním z izotopů helia, z nichž jádro je jeden neutron, a ne dva. Na Zemi jsou gely-3 zásoby 0,000137% z celkového počtu prvků a odhadují se na 35 tisíc tun. Téměř všechny dostupné v přítomnosti hélia-3 byla konzervována od našeho formace planety.

Zájem o tento izotopový helium zesílil poté, co bylo jasné, že lidstvo přiblížilo k vážné energetické krizi. Rezervace uhlovodíků se blíží konec a po několika desetiletích je zcela vyčerpali. Alternativní energetické zdroje, jako je vítr, slunce, přílivy, a snižující, geotermální aktivita, nemohou pokrýt všechny potřeby lidstva. Stále existují zásoby kamenných uhlí, což je dost na cca 200-300 let. Vzhledem k tomu, že podíl uhlí v moderní energii se však zvýší, toto období lze výrazně snížit. Kromě toho jsou procesy těžby spalování a uhlí vážně hit na planetový ekosystém.

Jediným zdrojem energie, který je dost na dlouhou dobu, je energie založená na rozdělení uranových jader. Již dnes jaderná energie trvá téměř 7% v globální energetické bilanci. A každý rok se jeho účast zvyšuje. Ale zároveň otázka hlavního problému všech NPP - využití a skladování radioaktivního odpadu, který je stále více a více, stále více a více. A zde ideální cestou by bylo použití paliva na základě reakcí termonukleární syntézy s heliem-3.

V té době je to, že jaderné reakce vyskytující se účastí helia-3, na rozdíl od jiných jaderných reakcí, se vyskytují s uvolňováním neutronů a protony. Neutrony jsou extrémně aktivní částice, jsou schopny hluboce proniknout do konstrukčních materiálů jaderného reaktoru, zničí jejich strukturu a vytváření radioaktivního. To vede k tomu, že jednotlivé detaily a uzly každých několik let musí změnit reaktor pracovat v normálním režimu. Kromě toho existuje problém likvidace a likvidace jaderného odpadu.

Protons, na rozdíl od neutronů, neposkytují radioaktivitu a nejsou schopni proniknout do vnitřku konstrukcí. Průtok protonů je ve skutečnosti proud vodíku. A materiály, ze kterých jsou reaktorové uzly pracující na héliu-3 vytvořeny jako desetiletí. Obecně platí, že reakce s účastí "je 50 krát méně radioaktivní než obvyklá reakce interakce deuteria s tritiem (d + t).

Hlavní výhodou hélia-3 tedy není tolik ve své energetické hodnotě, jako v téměř úplné bezpečnosti životního prostředí.

Lunární těsnění

Kde mohu získat helium-3 v nezbytném měřítku? Na Zemi je tento izotop obsažen v takových zanedbatelných množstvích, které nemohou být o jeho průmyslové těžbě a řeči. Odpověď na tuto otázku je po dlouhou dobu známa - na Měsíci.

Skutečnost, že Měsíc má obrovské zásoby helia-3, stalo se známé, když byly první vzorky lunární půdy dodávány na zem s sovětskými automatickými zařízeními "Měsíc" a americkým astronautem během realizace programu Apollo.

Relativní koncentrace izotopu v lunární půdě byla 1000 krát vyšší než v zemních hloubkách. Důvodem tohoto jevu leží v pravidelném ozáření povrchu měsíce pomocí korpuskulárního záření Slunce. Skutečnost je, že bez ochrany ve formě silného magnetického pole, povrchová vrstva prachu (regite) měsíce pravidelně přijímá obrovskou dávku záření. Během tohoto procesu se do něj zavádí velký počet prvků, především vodíku a helium isotopy.

Podle předběžných odhadů představují celkové rezervy Helium-3 na Měsíci asi milion tun. Tam by bylo dost takového množství izotopu na lidstvo po dobu tisíce let. Jeho energetická účinnost je taková, že 1 tuna hélia-3 může nahradit 20 milionů tun oleje, které umožní v průběhu roku poskytnout výstupní sílu NPP v 10 GW. V jedné tunu lunární půdy obsahovala 10 mg helia-3, což odpovídá energetickému uvolňování 1 m³ oleje. Lze říci, že povrch měsíce je pevný olej oceánu. Lidstvo potřebuje 200 tun ³He ročně, potřeba ruské energie se odhaduje na 20-30 tun hélia-3 ročně.

Nicméně, bez ohledu na to, jak velká obecná rezervace ", obsah izotopu v lunární půdě je stále velmi malý (přibližně 10 mg na tunu skály). Aby bylo zajištěno potřeby lidstva, musíte otevřít 20 miliard tun regolith za rok. Vzhledem k průměrné tloušťce regabolitové vrstvy ve 3 m bude celková plocha výroby 30 za 100 km.

Dnes, když je dodávka ještě několik set kilogramů nákladu na Měsíci považován za velký úspěch, recyklační miliardy tun lunární půdy jsou vnímány jako zcela fantastický projekt. Proto by správné řešení nebylo přepravováno Lunární půdou na Zemi a organizace na horním měsíci plného cyklu získávání hotového izotopového helia-3 - v rozmezí od výroby plemene a končícím jeho obohacením.

Obtíže výroby

Zdá se však, že 20 miliard tun ohromujících prací Lunární půdy je však fantastickou událostí. Na Zemi nyní produkuje asi 5 miliard tun uhlí ročně. Objem nadproudových děl půdy Země je asi 50 miliard tun. To znamená, že současné míry rozvojových pozemských podloží jsou poměrně srovnatelné s měřítkem s tím, co lze očekávat na Měsíci. No, ve stejnou dobu na Měsíci nebude postavit problémy spojené s následky environmentálních překrývajících se práce, takže celková účinnost vývoje Lunární půdy může být několikrát vyšší než na Zemi. Nezapomeňte, že síla gravitace na Měsíci je šestkrát nižší než na Zemi. To zase umožní vážně zvýšit rychlost půdy.

Pokud jde o technickou stránku otázky, pozemská věda a technologie jsou dostatečně vyvinuty s cílem zahájit organizaci procesu přenosu části těžby a zpracování a těžebního průmyslu na Měsíci. Tento proces bude trvat více než tucet let, takže čím dříve začneme, tím rychleji dostaneme potřebný výsledek.

Již je již nutné zahájit přípravnou fázi obsahující geologický průzkum a zkušební práce, která by měla být prováděna v rámci obecného výzkumu na Měsíci. Jedním z prvních by měl být práce na studiu vnitřní struktury Měsíce, který je naplánován v programu "Moon-Glob". V průběhu realizace tohoto programu je plánováno získat údaje o chemické struktuře Měsíce Dolního Měsíce, stejně jako určit rozměry lunárního jádra.

Další fázi práce bude dodávka libry z měsíce na zem. Hlavní důraz je třeba provést na bezpilotních vozidlech, které shromažďují vzorky lunární půdy a dodávají je do přistávacích modulů. Kromě toho lze LUNA pověřen úkolem vytvářet dlouhodobou síť seismických senzorů, jejichž podněty umožní získat vyčerpávající představu o tom, co se děje v útrobách Měsíce. Zároveň bude nutné zmapovat lunární povrch pro obsah héliu-3.

HELIA-3 reaktor

Konečně poslední otázka zůstává - vytvoření termonukleárního reaktoru, ve kterém se používá palivo na bázi hélia-3. Dnes existuje takový reaktor teoreticky teoreticky. Ačkoli práce na řízené termonukleární syntéze je již přenesena do praktické roviny. Ve Francii, experimentální experimentální reaktor ITER je ve výstavbě, který bude používat syntézu reakce s Titiya ve své práci. Náklady na stavbu byly původně odhadnuty na 5 miliard eur, a první etapa reaktoru byla plánována do roku 2016. Náklady později však byly polovodeniny a začátek provozu byl posunut na 2020. ITER bude budova s \u200b\u200bvýškou 60 metrů a hmotností asi 23 tisíc tun. Zvláštní pozornost ve svém stvoření byla věnována problému radiační bezpečnosti. Pro práci s Heliem-3 však není vhodný reaktor typu ITER. Faktem je, že pro takovou reakci bude nutné vytvořit teplotu, která je třikrát vyšší než teplota v aktivní zóně iter.

Vzhledem k tomu, že od otevření jaderných reakcí a před vytvořením reaktoru Thermalide ITER, se lidstvo šlo dlouho 50 let, lze předpokládat, že vytvoření reaktoru do HELIA-3 bude trvat asi 20-30 let.

Helium-tři. Podivná a nepochopitelná fráze. Nicméně, čím dál, tím více to uslyšíme. Protože podle odborníků je to helium-tři zachrání náš svět z hrozícího energetické krize. A v tomto podniku aktivně působí Rusko.

Měsíc

Slibná termonukleární energie, která používá reakci syntézy deuterium-tritia jako základ, i když je bezpečnější než energetický dělení atomového jádra, který se používá v moderních NPP, má stále řadu významných nevýhod.

Za prvéS touto reakcí je zvýrazněn počet vysoce energetických neutronů. Takový intenzivní neutronový tok. Žádný ze známých materiálů nemůže vydržet více než šest let - navzdory skutečnosti, že má smysl učinit reaktor s zdrojem alespoň za 30 let. První stěna tritiového termonukleárního reaktoru bude proto třeba vyměnit - a to je velmi složitý a nákladný postup, který se týká stejného s reaktorem zastavit za poměrně dlouhodobě.
Za druhé, Z silného neutronového záření je nutné stínit magnetický systém reaktoru, který komplikuje, a proto zvyšuje náklady na stavbu.
Za třetíMnoho prvků návrhu tritiu reaktoru po vypršení platnosti bude vysoce aktivní a bude vyžadovat pohřeb delší dobu ve speciálně vytvořených skladovacích zařízeních.

V případě použití v termonukleárním reaktoru, deuterium s héliem Isotope-3 místo tritia, lze vyřešit většina problémů. Intenzita neutronového fluxu klesá 30krát, v tomto pořadí, je možné snadno poskytnout životnost 30-40 let. Po skončení provozu helia reaktoru není vytvořen vysoce aktivní odpad a radioaktivita konstrukčních prvků bude tak malá, což může být pohřbeno doslova na městské skládce, mírně sypané zeminou.

Co je za problém? Proč stále nepoužíváme takové výhodné tepelné palivo?

Za prvé, protože na naší planetě tohoto izotopu je extrémně málo. To se narodilo na slunci, který se někdy nazývá "solární izotop". Jeho celková hmotnost přesahuje hmotnost naší planety. V okolním prostoru je helium-3 distribuován slunečným větrem. Magnetické pole země vychýlí významnou část tohoto větru, a proto helium-3 je pouze jedním bilionem atmosféry Země - přibližně 4000 tun. Na zemi samotné ještě méně - asi 500 kg.

Na Měsíci tohoto izotopu je mnohem více. Tam je zapojen do Lunární půdy "regolit", podle složení připomínající obvyklou strusku. Mluvíme o obrovských - téměř nevyčerpatelných rezerv!

Analýza šesti vzorků půdy podaných expedicemi "Apollo" a dva vzorky dodané sovětskými automatickými stanicemi " Měsíc"Ukázal jsem, že v regolitu, který pokrývá všechny moře a planasy měsíce, obsahuje až 106 tun hélia-3, což by zajistilo potřeby energetiky Země, dokonce vzrostl ve srovnání s moderním jednom několika časy, pro tisíciletí! Podle moderních útoků jsou zásoby helia-3 na Měsíci tři řády více - 109 tun.

Kromě Měsíce, Helium-3 lze nalézt v hustých atmosférách planet-gigantů, a podle teoretických odhadů, jeho rezervy pouze na Jupiteru jsou 1020 tun, což by mělo dost pro energii Země k kondenzaci časů.

Gelia-3 těžební projekty

Regite pokrývá měsíc s vrstvou o tloušťce několika metrů. Regite Lunární moře je bohatší helium než letadlo regolith. 1 kg helia-3 obsahuje přibližně 100 000 tun regolith.

V důsledku toho, aby se vytvořil vzácný izotop, je nutné recyklovat obrovské množství drobivé lunární půdy.

S ohledem na všechny funkce, výrobní technologie Helium-3 by měla obsahovat následující procesy:

1. Výroba regolitu.

Speciální "kombinuje" bude sbírat regite z povrchové vrstvy o tloušťce asi 2 m a dodává jej do zpracovatelských bodů nebo procesů přímo ve výrobním procesu.

2. Izolace hélia z regolith.

Když se regolith zahřívá na 600 ° C vyšší (desorbed) 75% helia obsaženého v regolitu, když se zahřeje na 800 ° C je téměř veškerý helium. Zahřívání prachu se navrhuje, aby se prováděly ve speciálních pecích, zaostřování slunečního světla nebo plastových čoček nebo zrcadel.

3. Dodávka na Zemi s opakovanou kosmickou lodí.

V extrakci héliu-3 z regolitu se také extrahuje mnoho látek: vodík, voda, dusík, oxid uhličitý, dusík, metan, oxid uhelnatý, který může být užitečný pro udržení lunárního průmyslového komplexu.

Projekt prvního lunárního kombinace určeného pro zpracování regolith a alokace Izotopu HELIA-3 od něj navrhl skupinu J. Kulchinsky. V současné době se soukromé americké společnosti vyvíjejí několik prototypů, které budou zřejmě prezentovány soutěži poté, co je NASA stanovena s rysy budoucí expedice na Měsíc.

Je zřejmé, že navíc k dodání kombinování na Měsíc bude muset postavit úložiště, databázi (pro servis celého vybavení komplexu), kosmodromu a mnohem více. Odhaduje se, že vysoké náklady na vytvoření rozvinuté infrastruktury na Měsíci budou platit stoky, pokud jde o skutečnost, že globální energetická krize přichází, když budou muset být opuštěny tradiční typy energie (uhlí, olej, zemní plyn) .

Domácí technologický problém

Na cestě k vytvoření energie založené na helium-3 existuje jeden důležitý problém. Faktem je, že reakce deuterium-helium-3 je mnohem složitější než reakce deuterium-tritium.

Nejprve je velmi obtížné zapálit směs těchto izotopů. Odhadovaná teplota, při které termonukleární reakce půjde na směs deuterium-tritium, je 100-200 milionů stupňů. Při použití helia-3 je požadovaná teplota dvě řády vyšší. Ve skutečnosti musíme rozsvítit na zemi malé slunce.

Historie vývoje jaderné energie (poslední polovina století) však ukazuje zvýšení generovaných teplot pro objednávku po dobu 10 let. V roce 1990, Evropský tokamakový trysek již spaloval helium-3, zatímco výsledná kapacita byla 140 kW. Přibližně stejným způsobem, teplota TFTR je dosaženo na americkém TFTR tokamaku, byla dosažena teplota potřebná pro spuštění reakce v směsi deuterium-héliu.

Směs je však stále napůl dolů. Mínus termonukleární energie je složitost získávání praktických výnosů, protože pracovní část je zahříván na mnoho milionů plazmových stupňů, které musíte držet v magnetickém poli.

Po mnoho desetiletí se experimenty na plazmě probíhají po mnoho desetiletí, ale až do konce června loňského roku v Moskvě představitelé řady zemí podepsali dohodu o výstavbě na jižně od Francie ve městě Kadarash International Experimental Termalidový reaktor (ITER) - prototyp praktické termonukleární elektrárny. ITER palivo bude používat deuterium s tritiem.

Termonukleární reaktor na Helium-3 bude konstruktivně složitější než ITER, a zatím není ani v projektech. A i když specialisté nadějí, že prototyp reaktoru do HELIA-3 se objeví v příštích 20-30 letech, zatímco tato technologie zůstává nejčistší fikcí.

Problematika produkce HELIA-3 byla analyzována odborníky během slyšení o budoucím výzkumu a rozvoji Měsíce, který se konal v dubnu 2004 v podvýboru v prostoru a letectví výboru pro vědu Poslanecké sněmovny amerického kongresu. Jejich závěr byl jednoznačný: i ve vzdálené budoucnosti je produkce HELIA-3 na Měsíci zcela nerentabilní.

Jako John Logsdon poznamenal, ředitel Institutu vesmírného politiky ze Washingtonu: "Americká vesmírná komunita nepovažuje těžbu hélia-3 jako vážnou předložku k návratu na měsíc. Chcete-li letět za tímto izotopem je jako před pěti sty lety poslat Columbus do Indie pro uranu. Mohl ho přivést k němu, a přinesl, jen pár set let nikdo by nevěděl, co s tím dělat. "

Helia-3 těžba jako národní projekt

"Mluvíme o termonukleární energie budoucnosti a nového environmentálního typu paliva, které nelze extrahovat na Zemi. Mluvíme o průmyslovém rozvoji Měsíce pro výrobu helia-3 ".

Toto prohlášení o vedoucím raketové a vesmírné korporace "Energia" Nikolai Sevyanova bylo vnímáno ruskými vědeckými pozorovateli jako žádost o vytvoření nového "národního projektu".

Koneckonců, ve skutečnosti jeden z hlavních funkcí státu, zejména ve 20. století, byl právě formulován pro společnost úkolů na pokraji představivosti. Jednalo se o sovětský stát: elektrifikace, industrializace, vytváření atomové bomby, první satelit, otáčení řek.

Dnes se stát se snaží v Ruské federaci, ale nemůže formulovat úkoly na pokraji nemožné. Stát potřebuje někoho, kdo mu ukázal národní projekt a zdůvodnit výhody, které z tohoto projektu teoreticky nevyskytují. Program pro vývoj a výrobu hélia-3 od Měsíce na Zemi za účelem poskytování termonukleárního energetického paliva dokonale splňuje tyto požadavky.

"Jen si myslím, že existuje schodek ve velkém technologickém úkolu," lékař fyzických a matematických věd zdůraznil v rozhovoru, vědeckým tajemníkem Ústav vesmírného výzkumu Ras Alexander Zakharov. - Možná kvůli tomu byly v poslední době všechny tyto rozhovory o těžbě na Měsíci Helia-3 pro termonukleární energii. Pokud Měsíc - Zdroj minerálů a odtud nesou tento helium-3 odtud, a není dostatek energie na Zemi ... To je pochopitelné, to zní velmi krásně. A pod ním snadné, možná přesvědčit vlivné lidi, aby přidělili peníze. Myslím, že ano".

Je možné, že v následujících letech budeme svědky Lunar Race-2, vítěze (nebo vítězové), který obdrží prakticky nevyčerpatelný zdroj energie ve vlastních rukou. To zase umožní lidstvu dosáhnout kvalitativně nového technologického způsobu, jejichž parametry můžeme jen odhadnout.

Co je helium-3?

Ze školního roku fyziky si pamatujeme, že atomová hmotnost helia je rovna čtyřem a tento prvek je inertní plyn. Problematika se používá v jakýchkoliv chemických reakcích, zejména s uvolňováním energie. Je to docela jiná věc - izotop helium s atomovou hmotností 3. Je schopen vstoupit do termální reakce s deuteriem (izotop vodík s atomovou hmotností 2) v důsledku toho, která gigantická energie je vytvořena v důsledku syntézy konvenčního hélia-4 s protonovým uvolňováním (3 ne + D → 4 ne + P + energie). Podobně, od jediného gramu hélia-3, můžete získat stejnou energii, jako když spalování 15 tun oleje.

Helium-3 tuny stačí pro uvolnění energie na úrovni 10 GW v průběhu roku. Tak, zavřít všechny ruské spotřeby energie Ruska, bude trvat 20 tun hélia-3 každoročně, a pro všechny lidstvo bude vyžadováno přibližně 200 tun tohoto izotopu za rok. Zároveň zmizí potřebu spalování oleje a plynu, jejichž zásoby nejsou bezmezné, podle nejnovějších odhadů prozkoumat rezervy uhlovodíků - lidstvo je dost na půl století. Nebude nutné využít a dostatečně nebezpečné NPP, které po Černobylu a Fukushima získali zvláštní význam.

Kde dostat helium-3?

S moderním vývojem technologií je jediným cenově dostupným zdrojem tohoto prvku povrchem Měsíce. Samotná helium-3 je tvořena v hlubinách hvězd (například našeho slunce) v důsledku sloučeniny dvou atomů vodíku. V tomto případě je hlavní produkt této reakce obvyklý helium-4 a izotop 3 je vytvořen v malých množstvích. Některé z nich je vyrobeno slunečným větrem a je rovnoměrně distribuován přes planetární systém.

Prakticky nespadá na zemní helium-3, protože jeho atomy jsou odmítnuty magnetickým polem naší planety. Ale na planetách, jejichž pole chybí, je prvek uložen v horních vrstvách půdy a postupně se hromadí. Vedle země je nebeské tělo, které nemá magnetické pole, je Měsíc, takže je zde rezervy tohoto cenného energetického nosiče zde zaměřeny.

Potvrzení není pouze teoretické výpočty, ale také výsledky empirického výzkumu. Ve všech vzorcích lunární půdy dodávané na zem, helium-3 byl objeven v relativně vysokých koncentracích. V průměru 100 tun regolitidy představuje 1 gr. Tento energetický izotop.

Aby se extrahoval výše uvedené 20 tun hélia-3 plně uspokojit roční spotřebu energie Ruské federace, bude nutné "šokovat" 2 000 milionů tun lunární půdy.

Fyzicky odpovídá oblasti na Měsíci s rozměry 20x20 km od kariérní hloubky 3 m. Úkolem organizace takové velkoplošné výroby je poměrně komplikovaný, ale docela vyřešen, moderní inženýři jsou sebevědomě. Zdá se, že obtížnější a dražší problém bude dodávka desítek tun paliva pro tero-domácí pece k zemi.

Co chybí lidstvo pro energii helia?

Pro rozvoj plnohodnotného termonukleární energie na základě hélia-3 musí lidé vyřešit tři hlavní úkoly.

1. Tvorba spolehlivých a výkonných prostředků poskytování nákladu po trase Earth-Moon a Zpět.
2. Konstrukce lunárních základen a těžebních komplexů hélia-3, což je spojeno s mnoha technologickými problémy.
3. Výstavba skutečně termonukleárních elektráren na Zemi, pro které budou také překonány určité technologické překážky.

Rozhodnutí prvního problému, lidstvo se téměř úzce pohybovalo. Všechny čtyři země, které se účastní Lunar Race-2 plus, Evropská unie již vyvinuly nebo rozvíjejí rakety pro těžké třídy, schopné házet spoustu nákladu na Lunární oběžné dráhy. Například do roku 2027 byla v Rusku plánována implementace nosné rakety ANGAGA-A5V, která bude moci dodat alespoň 10 tun užitečného zatížení na Měsíc. S reverzní přepravou bude snazší, protože síla měsíce je 6krát méně pozemský, ale tady bude problém palivo. Bude to muset buď přinést ze země, nebo vyrábět na povrchu našeho satelitu.

Druhou výzvou je mnohem závažnější, protože kromě organizace gely-3 výroby z regolitu budou inženýři vytvořit spolehlivé lunární základny se systémy podpory života pro horníky budoucnosti. To bude značně pomáhat technologií vypracovaným kvůli mnoha letům využívání orbitálních stanic, především ISS a "svět". Stejně jako v Rusku a v jiných zemích jsou Lunární základny aktivně navrženy dnes a možná, naše země má dnes maximální technologie pro reálné provedení těchto projektů.

Pokud jde o třetí problém, práce na tvorbě termonukleárních reaktorů jde na Zemi v posledních třech desetiletích. Hlavní technologická obtíže je problém držení vysokoteplotní plazmy (nezbytné pro "vznícení" termonukleární syntézy) v takzvaném. "Magnetické pasti."

Tato otázka je již vyřešena pro reaktory působící na principu deuteria a tritium sloučenin (D + T \u003d 4 HE + N + Energy). Pro udržení takové reakce je dostatečná teplota 100 milionů stupňů.

Takové reaktory se však nikdy nestanou hmotou, protože jsou extrémně radioaktivní. Chcete-li zahájit reakci s účastí helia-3 a deuteria, budou teploty v 300-700 milionů stupňů. Taková plazma taková plazma nedrží dlouhou dobu v magnetických pasti, ale je možné prorazit mezinárodní experimentální termalidový reaktor (ITER) v této oblasti (ITER), který je nyní postaven ve Francii a bude uveden do provozu do roku 2025.

Tak, desetiletí mezi 2030-2040. Má všechny šance na začátek ve vývoji energie na základě hélia-3, protože do této doby budou zřejmě překonány technologické překážky uvedené výše. V souladu s tím zůstane najít peníze na realizaci energetického projektu, který je schopen překlady lidstva na éru extrémně levné (téměř Darm) energie se všemi následnými důsledky, a to jak pro ekonomiku, tak pro kvalitu života každého osoba.