Ay'da Helyum 3. Ay ve bir kuruş veya helyum enerjisinin tarihi

Helyum, periyodik tablonun 18. grubunun inert bir gazıdır. Hidrojenden sonra en hafif ikinci elementtir. Helyum, -268.9 °C sıcaklıkta sıvı hale gelen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Kaynama ve donma noktaları bilinen diğer maddelerden daha düşüktür. Normal atmosfer basıncında soğutulduğunda katılaşmayan tek elementtir. Helyumun katılaşması için 1 K sıcaklıkta 25 atmosfer gerekir.

keşif geçmişi

Helyum, 1868'de bir tutulma sırasında güneş kromosferinin spektrumunda parlak sarı bir çizgi keşfeden Fransız gökbilimci Pierre Janssen tarafından güneşi çevreleyen gazlı atmosferde bulundu. Bu çizginin başlangıçta sodyum elementini temsil ettiği düşünülüyordu. Aynı yıl İngiliz astronom Joseph Norman Lockyer, güneş tayfında bilinen sodyum D 1 ve D 2 çizgilerine karşılık gelmeyen sarı bir çizgi gözlemledi ve bu nedenle buna D 3 çizgisi adını verdi. Lockyer, güneşte Dünya'da bilinmeyen bir maddenin neden olduğu sonucuna vardı. O ve kimyager Edward Frankland, element için güneş için Yunanca "helios" adını kullandılar.

1895'te İngiliz kimyager Sir William Ramsay, Dünya'da helyumun varlığını kanıtladı. Uranyum içeren mineral kleveitten bir örnek aldı ve ısıtıldığında oluşan gazları inceledikten sonra, spektrumdaki parlak sarı çizginin güneş spektrumunda gözlenen D3 çizgisiyle çakıştığını buldu. Böylece, yeni eleman nihayet kuruldu. 1903'te Ramsay ve Frederick Soddu, helyumun radyoaktif maddelerin kendiliğinden bozunmasının bir ürünü olduğunu belirlediler.

Doğada dağılım

Helyumun kütlesi, evrenin toplam kütlesinin yaklaşık %23'ü kadardır ve element uzayda en bol bulunan ikinci elementtir. Termonükleer füzyonun bir sonucu olarak hidrojenden oluştuğu yıldızlarda yoğunlaşmıştır. Helyum, dünya atmosferinde 200 binde (5 ppm) 1 kısım konsantrasyonda ve radyoaktif minerallerde, meteorik demirde ve ayrıca mineral kaynaklarda az miktarda bulunmasına rağmen, elementin büyük bir kısmı atmosferde bulunur. Amerika Birleşik Devletleri (özellikle Teksas, New Mexico, Kansas, Oklahoma, Arizona ve Utah'ta) doğal gazın bir bileşeni olarak (%7,6'ya kadar). Avustralya, Cezayir, Polonya, Katar ve Rusya'da küçük rezervler bulundu. Yerkabuğunda, helyum konsantrasyonu milyarda sadece 8 kısımdır.

izotoplar

Her helyum atomunun çekirdeği iki proton içerir, ancak diğer elementler gibi izotopları vardır. Bir ila altı nötron içerirler, bu nedenle kütle numaraları üç ila sekiz arasında değişir. Kararlıları, helyum kütlesinin 3 (3 He) ve 4 (4 He) atom numaralarıyla belirlendiği elementlerdir. Geri kalan her şey radyoaktiftir ve çok hızlı bir şekilde diğer maddelere bozunur. Dünya'nın helyumu gezegenin orijinal bileşeni değil, radyoaktif bozunmanın bir sonucu olarak oluştu. Ağır radyoaktif maddelerin çekirdekleri tarafından yayılan alfa parçacıkları, 4 He izotopunun çekirdeğidir. Helyum, atmosferde büyük miktarlarda birikmez, çünkü Dünya'nın yerçekimi, yavaş yavaş uzaya kaçmasını önlemek için yetersizdir. Dünyada 3 He'nin izleri, nadir element hidrojen-3'ün (trityum) negatif beta bozunması ile açıklanmaktadır. 4 He kararlı izotopların en yaygınıdır: 4 He atomlarının sayısının 3'e oranı atmosferde yaklaşık 700 bin 1'e ve bazı helyum içeren minerallerde yaklaşık 7 milyon 1'e eşittir.

Helyumun fiziksel özellikleri

Bu elementin kaynama ve erime noktaları en düşüktür. Bu nedenle, aşırı koşullar dışında helyum vardır. Gaz suda diğer gazlardan daha az çözünür ve katılardaki difüzyon hızı havanınkinin üç katıdır. Kırılma indisi 1'e en yakın olanıdır.

Helyumun ısıl iletkenliği hidrojenin ısıl iletkenliğinden sonra ikinci sıradadır ve özgül ısısı alışılmadık derecede yüksektir. Normal sıcaklıklarda genleşme sırasında ısınır ve 40 K'nin altında soğur. Bu nedenle, T'de<40 K гелий можно превратить в жидкость путем расширения.

Bir element, iyonize halde olmadığı sürece bir dielektriktir. Diğer soy gazlar gibi, helyum da voltaj iyonizasyon potansiyelinin altında kaldığında elektriksel deşarjda iyonize kalmasına izin veren yarı kararlı enerji seviyelerine sahiptir.

Helyum-4, iki sıvı formuna sahip olması bakımından benzersizdir. Yaygın olanı helyum I olarak adlandırılır ve 4,21 K (-268,9 ° C) ile yaklaşık 2,18 K (-271 ° C) arasındaki sıcaklıklarda bulunur. 2.18 K'nin altında, 4 He'nin termal iletkenliği bakırınkinin 1000 katı olur. Bu forma, normal formdan ayırt etmek için Helyum II denir. Süper akışkandır: viskozite o kadar düşüktür ki ölçülemez. Helyum II, dokunduğu herhangi bir maddenin yüzeyinde ince bir film halinde yayılır ve bu film yerçekimine karşı bile sürtünmesiz akar.

Daha az miktarda bulunan helyum-3, ikisi süperakışkan olan üç farklı sıvı faz oluşturur. 4'te Süperakışkanlık 1930'ların ortalarında bir Sovyet fizikçisi tarafından keşfedildi ve aynı fenomen 3'te ilk kez 1972'de Amerika Birleşik Devletleri'nden Douglas D. Osherov, David M. Lee ve Robert S. Richardson tarafından fark edildi.

0,8 K'nin (-272,4 ° C) altındaki sıcaklıklarda iki helyum-3 ve -4 izotopunun sıvı bir karışımı iki katmana ayrılır - neredeyse saf 3 He ve % 6 helyum-3 ile 4 He karışımı. 3 He'nin 4 He'de çözünmesine, helyum sıcaklığının 0.01 K'nin (-273.14 ° C) altına düştüğü ve bu sıcaklıkta birkaç gün tutulduğu kriyostatların tasarımında kullanılan bir soğutma etkisi eşlik eder.

Bağlantılar

Normal koşullar altında, helyum kimyasal olarak inerttir. Aşırı koşullarda, normal sıcaklık ve basınç altında kararlı olmayan bir elemanın bağlantılarını oluşturmak mümkündür. Örneğin helyum, elektronlarla bombardıman edildiğinde veya bir plazma durumunda elektrik ışıma deşarjına maruz kaldığında iyot, tungsten, flor, fosfor ve kükürt içeren bileşikler oluşturabilir. Böylece HeNe, HgHe 10, WHe 2 ve moleküler iyonlar He 2 +, He 2 ++, HeH + ve HeD + oluşturuldu. Bu teknik aynı zamanda nötr He 2 ve HgHe moleküllerinin elde edilmesini de mümkün kıldı.

Plazma

Evrende, özellikleri moleküler helyumdan önemli ölçüde farklı olan iyonize helyum ağırlıklı olarak yaygındır. Elektronları ve protonları bağlı değildir ve kısmen iyonize halde bile çok yüksek elektriksel iletkenliğe sahiptir. Yüklü parçacıklar, manyetik ve elektrik alanlarından güçlü bir şekilde etkilenir. Örneğin, güneş rüzgarında, iyonize hidrojen ile birlikte helyum iyonları, Dünya'nın manyetosferiyle etkileşime girerek aurora borealis'e neden olur.

ABD'de saha keşfi

1903 yılında Kansas, Dexter'da bir kuyu açıldıktan sonra yanıcı olmayan gaz elde edildi. Başlangıçta helyum içerdiği bilinmiyordu. Bulunan gaz, örneklerini toplayan Erasmus Haworth eyaletinin jeologu ve Kansas Üniversitesi'nde kimyagerler Cady Hamilton ve David McFarland'ın yardımıyla, %72 nitrojen, %15 metan içerdiğini tespit etti. %1 hidrojen ve %12 tanımlanmadı. Sonraki analizler yoluyla, bilim adamları örneğin % 1.84'ünün helyum olduğunu buldular. Böylece, bu kimyasal elementin, doğal gazdan çıkarılabileceği Büyük Ovaların bağırsaklarında büyük miktarlarda bulunduğunu öğrendiler.

Endüstriyel üretim

Bu, Amerika Birleşik Devletleri'ni dünyanın önde gelen helyum üreticisi haline getirdi. Sir Richard Trellfall'ın önerisiyle, ABD Donanması, I. Dünya Savaşı sırasında baraj balonlarına hafif, yanıcı olmayan kaldırma gazı sağlamak amacıyla bu maddenin hazırlanması için üç küçük pilot tesise fon sağladı. Daha önce sadece 100 litreden daha az gaz üretilmiş olmasına rağmen, bu program kapsamında %92'nin toplam 5.700 m3'ü üretildi. Bu hacmin bir kısmı, 7 Aralık 1921'de Hampton Roads'dan Bolling Field'a ilk seferini yapan dünyanın ilk helyum zeplin C-7'de kullanıldı.

Düşük sıcaklıklı gaz sıvılaştırma süreci, o zamanlar I. Dünya Savaşı sırasında önemli olacak kadar gelişmemiş olsa da, üretim devam etti. Helyum esas olarak uçaklarda kaldırma gazı olarak kullanılmıştır. Korumalı ark kaynağında kullanıldığında, II. Dünya Savaşı sırasında ona olan talep arttı. Öğe Manhattan atom bombası projesinde de önemliydi.

ABD Ulusal Rezervi

1925'te Amerika Birleşik Devletleri hükümeti, savaşta askeri hava gemileri ve barış zamanında ticari hava gemileri sağlamak amacıyla Teksas, Amarillo'da Ulusal Helyum Rezervi'ni kurdu. Dünya Savaşı'ndan sonra gaz kullanımı azaldı, ancak 1950'lerde, diğer şeylerin yanı sıra, uzay yarışı ve Soğuk Savaş sırasında oksijen-hidrojen roket yakıtı üretiminde kullanılan bir soğutucu olarak tedarikini desteklemek için stok artırıldı. 1965'te Amerika Birleşik Devletleri'nde helyum kullanımı, savaş zamanındaki en yüksek tüketimin sekiz katıydı.

1960 helyum yasasının geçmesinden sonra, Maden Bürosu, elementi doğal gazdan çıkarmak için 5 özel şirketle sözleşme yaptı. Bu program için, bu santralleri Teksas'taki Amarillo yakınlarındaki devlete ait kısmen tükenmiş bir gaz sahasına bağlayan 425 kilometrelik bir gaz boru hattı inşa edildi. Helyum-azot karışımı yeraltı deposuna pompalandı ve ihtiyaç ortaya çıkana kadar orada kaldı.

1995'e gelindiğinde, bir milyar metreküp stok toplandı ve Ulusal Rezerv'in borcu 1,4 milyar dolardı, bu da 1996'da ABD Kongresi'ni aşamalı olarak kaldırmaya sevk etti. 1996 helyum özelleştirme yasasını takiben, Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2005 yılında depolama tesisini tasfiye etmeye başladı.

Saflık ve üretim hacmi

1945'ten önce üretilen helyum yaklaşık %98 saftı, kalan %2 nitrojen ise hava gemileri için yeterliydi. 1945'te ark kaynağında kullanılmak üzere az miktarda yüzde 99,9 gaz üretildi. 1949'da elde edilen elementin saflığı %99,995'e ulaştı.

Yıllar içinde, Amerika Birleşik Devletleri dünyadaki ticari helyumun %90'ından fazlasını üretti. 2004 yılından bu yana, %85'i Amerika Birleşik Devletleri'nde, %10'u Cezayir'de ve geri kalanı - Rusya ve Polonya'da olmak üzere yılda 140 milyon m3 üretilmektedir. Dünyadaki ana helyum kaynakları Teksas, Oklahoma ve Kansas'taki gaz sahalarıdır.

alma süreci

Helyum (%98,2 saflık), diğer bileşenleri düşük sıcaklık ve yüksek basınçta sıvılaştırarak doğal gazdan izole edilir. Soğutulmuş aktif karbon ile diğer gazların adsorpsiyonu %99,995 saflığa ulaşır. Havanın büyük ölçekte sıvılaştırılmasıyla az miktarda helyum üretilir. 900 ton havadan yaklaşık 3.17 metreküp elde edilebilir. gaz m.

Uygulamalar

Soy gaz, çeşitli alanlarda uygulamalar bulmuştur.

• Özellikleri ultra düşük sıcaklıklar elde etmeyi mümkün kılan helyum, Büyük Hadron Çarpıştırıcısında bir soğutma maddesi olarak, MRI makineleri ve nükleer manyetik rezonans spektrometreleri için süper iletken mıknatıslar, uydu ekipmanı ve ayrıca oksijenin sıvılaştırılması için kullanılır. ve Apollo roketlerinde hidrojen.
• Fiber ve yarı iletken üretiminde alüminyum ve diğer metallerin kaynağı için inert gaz olarak.
• Roket motorlarının yakıt tanklarında, özellikle sıvı hidrojenle çalışanlarda basınç oluşturmak, çünkü hidrojen sıvı kaldığında yalnızca gaz halindeki helyum toplam durumunu korur);
• He-Ne, süpermarketlerdeki kasalarda barkodları taramak için kullanılır.
• Bir helyum iyon mikroskobu, bir elektron mikroskobundan daha iyi görüntüler üretir.
• Yüksek geçirgenliği nedeniyle asil gaz, örneğin araba klima sistemlerinde sızıntıları kontrol etmek ve bir çarpışmada hava yastıklarını hızla şişirmek için kullanılır.
• Düşük yoğunluk, dekoratif balonların helyumla doldurulmasını sağlar. İnert gaz, hava gemilerinde ve balonlarda patlayıcı hidrojenin yerini almıştır. Örneğin meteorolojide, ölçüm aletlerini kaldırmak için helyum balonları kullanılır.
• Kriyojenik teknolojide, bu kimyasal elementin sıvı haldeki sıcaklığı mümkün olan en düşük olduğu için bir ısı taşıyıcı görevi görür.
• Özellikleri, oksijenle karıştırılmış suda (ve kanda) düşük reaktivite ve çözünürlük sağlayan helyum, tüplü dalış ve keson çalışması için solunum formülasyonlarında uygulama bulmuştur.
• Meteoritler ve kayalar, yaşlarını belirlemek için bu elementin içeriği için analiz edilir.

Helyum: element özellikleri

He'nin ana fiziksel özellikleri şunlardır:

• Atom numarası: 2.
• Bir helyum atomunun bağıl kütlesi: 4.0026.
• Erime noktası: hayır.
• Kaynama noktası: -268.9 ° C
• Yoğunluk (1 atm, 0°C): 0.1785 g/s.
• Oksidasyon durumları: 0.

Termonükleer enerji alanında muhtemelen çok az şey, Helyum 3 gibi mitlerle çevrilidir. 80'ler-90'larda, kontrollü termonükleer füzyonun tüm sorunlarını çözecek bir yakıt olarak aktif olarak popüler hale getirildi ve bunun nedenlerinden biri. (çünkü kelimenin tam anlamıyla dünyada birkaç yüz kilogram ve ayda bir milyar ton) ve sonunda güneş sistemini geliştirmeye başlar. Bütün bunlar, bugün var olmayan termonükleer enerjinin olasılıkları, sorunları ve ihtiyaçları hakkında konuşacağımız çok garip fikirlere dayanıyor.

Ayda helyum3 çıkarma makinesi zaten hazır, sadece küçük bir mesele - bunun için bir uygulama bulmak.

Helyum3 hakkında konuştuklarında, termonükleer füzyon reaksiyonlarını kastediyorlar. He3 + D -> He4 + H veya He3 + He3 -> 2He4 + 2H... Klasikle karşılaştırıldığında D + T -> He4 + n reaksiyon ürünlerinde nötron yoktur, bu da bir termonükleer reaktör yapısının süper enerjili nötronları tarafından aktivasyon olmadığı anlamına gelir. Ayrıca "klasikler"den gelen nötronların plazmadan gelen enerjinin %80'ini taşıması bir sorun olarak kabul edilir, bu nedenle kendi kendine ısınma dengesi daha yüksek bir sıcaklıkta gerçekleşir. Kaydedilebilir başka bir helyum seçeneği, elektriğin, eski kömürle çalışan enerji santrallerinde olduğu gibi, suyu nötronlarla ısıtmak yerine, doğrudan yüklü reaksiyon parçacıklarından alınabilmesi avantajıdır.

Yani, tüm bunlar doğru değil, daha doğrusu gerçeğin çok küçük bir parçası.

Başlangıç ​​olarak, aynı plazma yoğunluğunda ve optimal sıcaklıkta, He3 + D reaksiyonu 40 kat daha küçükÇalışma plazmasının metreküp başına enerji salınımı. Bu durumda en az 40 kat kopma için gereken sıcaklık 10 kat daha yüksek - 100 keV (veya bir milyar derece) D + T için 10'a karşı. Kendi başına, böyle bir sıcaklık oldukça ulaşılabilir (bugün için tokamakların kaydı 50 keV, sadece iki kat daha kötü), ancak bir enerji dengesi kurmak için (soğutma hızı VS ısıtma hızı, kendi kendine ısıtma dahil), biz He3 + D reaksiyonunun enerji salınımını 50 kat artırma ihtiyacı, ancak yoğunluğu aynı faktör 50 ile artırarak yapılabilir. 10 kat artan bir sıcaklık ile birlikte, bu verir plazma basıncında 500 kat artış- 3-5 atm'den 1500-2500 atm'ye ve bu plazmayı tutmak için geri basınçta aynı artış.

Ama resimler ilham verici.

Hatırlayın, plazmaya karşı basınç oluşturan ITER toroidal alanının mıknatıslarının kesinlikle rekor ürünler olduğunu yazdım, parametreler açısından dünyada tek mi? Bu nedenle, He3 hayranları mıknatısları 500 kat daha güçlü yapmayı öneriyor.

Tamam, komplikasyonları unutun, belki bu reaksiyonun faydaları işe yarar?

CTS için geçerli olan çeşitli termonükleer reaksiyonlar. He3 + D, D + T'den biraz daha fazla enerji verir, ancak Coulomb itmesini (yük 3, 2 değil) yenmek için çok fazla enerji gerekir, bu nedenle reaksiyon yavaştır.

Nötronlarla başlayalım. Endüstriyel bir reaktördeki nötronlar ciddi bir sorun teşkil edecek, kabın malzemelerine zarar verecek, plazmaya bakan tüm elementleri o kadar ısıtacak ki, düzgün bir su akışı ile soğutulmaları gerekecek. Ve en önemlisi, malzemelerin nötronlar tarafından etkinleştirilmesi, bir termonükleer reaktörün kapatılmasından 10 yıl sonra bile, elle demonte edilemeyen ve depoda tutulacak binlerce ton radyoaktif yapıya sahip olacağı gerçeğine yol açacaktır. yüzlerce ve binlerce yıldır. Nötronlardan kurtulmak, açıkçası bir termonükleer enerji santrali kurma işini kolaylaştıracaktır.

Nötronlar tarafından taşınan enerjinin kesri. Reaktöre daha fazla He3 eklerseniz, bunu %1'e düşürebilirsiniz, ancak bu, ateşleme koşullarını daha da sıkılaştıracaktır.

Tamam, peki ya yüklü parçacıkların enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürmeye ne dersiniz? Deneyler, 100 keV enerjili bir iyon akışının %80 verimle elektriğe dönüştürülebileceğini göstermektedir. Burada nötronlarımız yok…. Yani, sadece ısı şeklinde alabildiğimiz tüm enerjiyi almıyorlar - hadi buhar türbinlerinden kurtulalım ve iyon kollektörleri takalım mı?

Evet, plazma enerjisinin elektriğe doğrudan dönüştürülmesi için teknolojiler var, 60'lı-70'li yıllarda aktif olarak çalışıldılar ve% 50-60 bölgesinde verimlilik gösterdiler (80 değil, not edilmelidir). Ancak bu fikir hem D + T reaktörlerinde hem de He3 + D'de pek uygulanabilir değildir. Bu neden böyle, bu resim anlamaya yardımcı oluyor.

Farklı kanallardan plazma ile ısı kaybını gösterir. D + T ve D + He3'ü karşılaştırın. Taşıma, plazma enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürmek için kullanılabilecek bir şeydir. D + T versiyonunda her şey biz aşağılık nötronlardan alınırsa, o zaman He3 + D durumunda her şey plazmanın elektromanyetik radyasyonu, esas olarak senkrotron ve X-ışını bremsstrahlung tarafından alınır (resimde Bremsstrahlung). Durum neredeyse simetrik, yine de duvarlardan ısıyı uzaklaştırmak ve yine de doğrudan dönüşüm yoluyla gerekli. %10-15'ten fazlasını alamayız termonükleer yanma enerjisi ve geri kalanı - eski moda bir şekilde, bir buhar motoru aracılığıyla.

Japonya'daki en büyük açık tuzak Gamma-10'da doğrudan plazma enerjisi dönüşümü üzerine bir çalışmada illüstrasyon.

Teorik sınırlamalara ek olarak, mühendislik sınırlamaları da var - dünyada (SSCB dahil), plazma enerjisinin doğrudan elektriğe dönüştürülmesi için tesislerin oluşturulması için büyük çabalar harcandı. verimlilik %35'ten %55'e. Esas olarak MHD jeneratörlerine dayalıdır. 30 yıllık büyük ekiplerin çalışması hiçbir şeyle sonuçlanmadı - kurulumun kaynağı, güç mühendislerinin binlerce ve on binlerce kişiye ihtiyaç duyduğu yüzlerce saatti. Bu teknolojiye harcanan büyük miktarda kaynak, özellikle, ülkemizin güç gaz türbinleri ve buhar-gaz türbini çevrim ünitelerinin (verimlilikte tam olarak aynı artışı sağlayan - 35'ten) üretiminde geride kalmasına yol açmıştır. %55'e kadar!).

Bu arada, MHD jeneratörleri için güçlü süper iletken mıknatıslara da ihtiyaç vardır. Burada gösterilenler, 30 megavatlık bir MHD jeneratörü için JV mıknatıslarıdır.

Son zamanlarda, özellikle Amerika Birleşik Devletleri'nin ay programı üzerindeki çalışmalarını hızlandırmasından sonra, geleceğin nükleer enerjisinin temeli olarak helyum-3 konusu giderek daha fazla konuşulmaya başlandı. Bu unsur hakkında fantastik filmler bile yapılır. Helyum-3 nedir, nereden alınır ve insanlığa ne gibi faydalar vaat ediyor!

RADYASYONSIZ REAKTÖR

Helyum-3 (³He), çekirdeği iki değil bir nötron içeren helyumun izotoplarından biridir. Dünyada, helyum-3 rezervleri toplam element sayısının% 0.000137'sini oluşturuyor ve 35 bin ton olduğu tahmin ediliyor. Mevcut helyum-3'ün neredeyse tamamı gezegenimizin oluşumundan bu yana korunmuştur.

Bu helyum izotopuna olan ilgi, insanlığın ciddi bir enerji krizine yakın olduğunun anlaşılmasından sonra yoğunlaştı. Hidrokarbon rezervlerimiz sona eriyor ve birkaç on yıl içinde onları tamamen tüketeceğiz. Rüzgar, güneş, gelgit, jeotermal aktivite gibi alternatif enerji kaynakları insanlığın tüm ihtiyaçlarını karşılayamaz. Halen yaklaşık 200-300 yıl sürecek kömür rezervleri bulunmaktadır. Ancak, modern elektrik üretiminde kömürün payı artmaya devam ettikçe, bu süre önemli ölçüde azalabilir. Ayrıca, kömür yakma ve çıkarma süreçleri gezegenin ekosistemini ciddi şekilde etkiliyor.

Böylece, uzun süre dayanacak tek enerji kaynağı, uranyum çekirdeklerinin fisyonuna dayalı enerjidir. Bugün nükleer enerji, dünya enerji dengesinin neredeyse %7'sini işgal ediyor. Ve her yıl katılımının payı artıyor. Ancak aynı zamanda, tüm nükleer santrallerin ana sorunu - her yıl giderek daha fazla hale gelen radyoaktif atıkların bertarafı ve depolanması sorunu giderek daha ciddi bir şekilde ortaya çıkıyor. Ve burada ideal çözüm, helyum-3 ile termonükleer füzyon reaksiyonlarına dayalı yakıt kullanmak olacaktır.

Mesele şu ki, helyum-3'ün katılımıyla ilerleyen nükleer reaksiyonlar, diğer nükleer reaksiyonlardan farklı olarak, nötronların değil, protonların salınımı ile ilerler. Nötronlar son derece aktif parçacıklardır, bir nükleer reaktörün yapısal malzemelerine derinlemesine nüfuz edebilir, yapılarını tahrip edebilir ve onları radyoaktif hale getirebilirler. Bu, reaktörün normal şekilde çalışması için her birkaç yılda bir tek tek parçaların ve düzeneklerin değiştirilmesi gerektiği gerçeğine yol açar. Ayrıca nükleer atıkların bertarafı ve bertarafı sorunu vardır.

Protonlar, nötronların aksine radyoaktiviteyi indüklemezler ve yapılara nüfuz edemezler. Protonların akışı esasen bir hidrojen akışıdır. Ve helyum-3 reaktörünün birimlerinin oluşturulduğu malzemeler on yıllarca hizmet edebilir. Genel olarak, ³He'nin katılımıyla gerçekleşen reaksiyon, döteryumun trityum (D + T) ile normal etkileşim reaksiyonundan 50 kat daha az radyoaktiftir.

Bu nedenle, helyum-3'ün ana avantajı, neredeyse tamamen çevre güvenliğinde olduğu gibi enerji değerinden çok değildir.

AY YATIRIMLARI

Gerekli ölçekte helyum-3'ü nereden alabilirsiniz? Dünyada, bu izotop o kadar önemsiz miktarlarda bulunur ki, endüstriyel üretimi söz konusu olamaz. Bu sorunun cevabı uzun zamandır biliniyor - Ay'da.

Ay'ın devasa helyum-3 rezervlerine sahip olduğu gerçeği, Apollo programı sırasında Ay toprağının ilk örneklerinin Sovyet otomatik Luna araçları ve Amerikan astronotları tarafından Dünya'ya teslim edilmesiyle biliniyordu.

Ay toprağındaki izotopun nispi konsantrasyonu, dünyanın iç kısmından 1000 kat daha yüksek çıktı. Bu fenomenin nedeni, ay yüzeyinin güneşten gelen korpüsküler radyasyonla düzenli olarak ışınlanmasında yatmaktadır. Gerçek şu ki, güçlü bir manyetik alan şeklinde koruma olmadan, Ay'ın yüzeydeki tozlu tabakası (regolit) düzenli olarak büyük dozda radyasyon alır. Bu işlem sırasında, başta hidrojen ve helyum izotopları olmak üzere çok sayıda element eklenir.

Ön tahminlere göre, aydaki toplam helyum-3 rezervi yaklaşık bir milyon tondur. Bu izotop miktarı, insanlığa bin yıl yetecektir. Enerji verimliliği, 1 ton helyum-3'ün 20 milyon ton petrolün yerini alabileceği kadardır ve bu da yılda 10 GW'lık bir NGS üretim kapasitesi sağlamayı mümkün kılacaktır. Bir ton ay toprağı, 1 m³ petrolün enerji salınımına karşılık gelen 10 mg helyum-3 içerir. Ay'ın yüzeyinin sürekli bir petrol okyanusu olduğunu söyleyebiliriz. İnsanlığın yılda 200 ton ³O'ya ihtiyacı var, Rus enerji endüstrisinin talebinin yılda 20-30 ton helyum-3 olduğu tahmin ediliyor.

Bununla birlikte, toplam ³He rezervleri ne kadar büyük olursa olsun, ay toprağındaki izotop içeriği hala çok düşüktür (bir ton kaya için yaklaşık 10 mg). Bu nedenle, insanlığın ihtiyaçlarını karşılamak için yılda 20 milyar ton regolit açmak gerekiyor. 3 m'lik regolit tabakasının ortalama kalınlığı dikkate alındığında, toplam üretim alanı 100 km'de 30 olacaktır.

Ay'a birkaç yüz kilogram kargonun teslim edilmesi bile büyük bir başarı olarak kabul edilirken, milyarlarca ton Ay toprağının işlenmesi kesinlikle harika bir proje olarak algılanıyor. Bu nedenle, doğru çözüm, ay toprağını Dünya'ya taşımak değil, Ay'ın kendisinde, bitmiş helyum-3 izotopunu elde etmek için tam bir döngü organize etmek olacaktır - kaya madenciliğinden zenginleşmesine kadar.

ÜRETİM ZORLUKLARI

Ancak, 20 milyar ton Ay toprağının sıyrılması sadece fantastik bir olay gibi görünüyor. Dünyada yılda yaklaşık 5 milyar ton kömür çıkarılıyor. Dünya toprağının sıyırma işinin hacmi yaklaşık 50 milyar tondur. Yani, Dünya'nın içinin mevcut gelişme hızı, Ay'da bekleyebileceğimizle ölçek olarak oldukça karşılaştırılabilir. Aynı zamanda, Ay'da soyma işlemlerinin çevresel sonuçlarıyla ilgili herhangi bir sorun olmayacak, bu nedenle Ay toprağı gelişiminin genel verimliliği, Dünya'dan birkaç kat daha yüksek olabilir. Ay'daki yerçekimi kuvvetinin Dünya'dan altı kat daha az olduğunu unutmayın. Bu da kazı oranını önemli ölçüde artıracaktır.

Konunun teknik yönüne gelince, dünya bilimi ve teknolojisi, madencilik, işleme ve maden çıkarma endüstrilerinin bir bölümünün Ay'a aktarılması sürecini organize etmeye başlamak için yeterince gelişmiştir. Tabii ki, bu süreç bir düzine yıldan fazla sürecek, bu yüzden ne kadar erken başlarsak, istenen sonucu o kadar hızlı alacağız.

Şimdiden, Ay'da genel araştırma çalışmaları çerçevesinde yapılması gereken jeolojik keşif ve test çalışmalarını içeren hazırlık aşamasına başlamak gerekiyor. Bunlardan ilki, "Luna-Glob" programında planlanan ayın iç yapısının incelenmesi üzerine çalışma olmalıdır. Bu program sırasında, sismik verilerin kimyasal-mineralojik yorumunu kullanarak Ay'ın alt mantosunun kimyasal yapısı hakkında veri elde edilmesi ve ay çekirdeğinin boyutunun belirlenmesi planlanmaktadır.

İşin bir sonraki aşaması, Ay'dan Dünya'ya bir pound teslimi olacak. Burada asıl vurgu, ay toprağı örneklerini toplayacak ve iniş modüllerine teslim edecek insansız araçlara verilmelidir. Ek olarak, ay gezicilerine, dürtüleri ayın derinliklerinde neler olduğuna dair kapsamlı bir resim sağlayacak uzun vadeli bir sismik sensör ağı oluşturma görevi verilebilir. Aynı zamanda, helyum-3 içeriği için ay yüzeyinin haritasını çıkarmak gerekli olacaktır.

HELYUM-3 ÜZERİNDE REAKTÖR

Ve son olarak, son soru - helyum-3'e dayalı yakıt kullanan bir termonükleer reaktörün oluşturulması. Bugün böyle bir reaktör sadece teoride var. Her ne kadar kontrollü termonükleer füzyon üzerinde çalışmak pratik bir düzlemde ilerliyor olsa da. Fransa'da, deneysel bir termonükleer reaktör ITER'nin inşası, çalışmalarında döteryum füzyonunun trityum ile reaksiyonunu kullanacak olan tüm hızıyla devam ediyor. İnşaat maliyeti başlangıçta 5 milyar avro olarak tahmin edildi ve reaktörün ilk aşamasının 2016 yılına kadar başlatılması planlandı. Ancak daha sonra maliyetler ikiye katlandı ve işletme başlangıcı 2020 yılına kaydırıldı. ITER, 60 metre yüksekliğinde ve yaklaşık 23 bin ton ağırlığında bir yapı olacak. Yaratılışı sırasında radyasyon güvenliği sorununa özel dikkat gösterildi. Ancak ITER tipi reaktör helyum-3 ile çalışmaya uygun değildir. Mesele şu ki, böyle bir reaksiyon için ITER çekirdeğindeki sıcaklıktan üç kat daha yüksek bir sıcaklık yaratmak gerekli olacaktır.

Nükleer reaksiyonların keşfinden ITER tipi termonükleer reaktörün yaratılmasına kadar, insanlığın 50 uzun yıl sürdüğü göz önüne alındığında, bir helyum-3 reaktörünün yaratılmasının yaklaşık 20-30 yıl alacağı varsayılabilir. .

Helyum üç. Garip ve anlaşılmaz bir ifade. Yine de, ne kadar ileri gidersek, o kadar çok duyacağız. Çünkü uzmanlara göre dünyamızı yaklaşmakta olan enerji krizinden kurtaracak olan helyum-üçtür. Ve bu girişimde en aktif rol Rusya'ya verildi.

ay

Modern nükleer santrallerde kullanılan nükleer fisyon güç mühendisliğinden daha güvenli olmasına rağmen, temel olarak döteryum-trityum füzyon reaksiyonunu kullanan gelecek vaat eden termonükleer enerji mühendisliği, hala bir takım önemli dezavantajlara sahiptir.

• İlk önce, bu reaksiyon sırasında, çok daha fazla sayıda (bir büyüklük sırasına göre!) yüksek enerjili nötronlar salınır. En az 30 yıllık bir hizmet ömrüne sahip bir reaktör yapmanın mantıklı olmasına rağmen, bilinen malzemelerin hiçbiri altı yıldan fazla bu kadar yoğun bir nötron akışına dayanamaz. Sonuç olarak, trityum füzyon reaktörünün ilk duvarının değiştirilmesi gerekecektir - ve bu, reaktörün oldukça uzun bir süre kapatılmasıyla da ilişkili olan çok karmaşık ve pahalı bir prosedürdür.
• ikinci olarak, reaktörün manyetik sistemini, tasarımın maliyetini karmaşıklaştıran ve buna bağlı olarak artıran güçlü nötron radyasyonundan korumak gerekir.
• Üçüncüsüİşletmenin sona ermesinden sonra, trityum reaktörünün birçok yapısal elemanı oldukça aktif olacak ve özel olarak oluşturulmuş depolama tesislerinde uzun süre bertaraf edilmesini gerektirecektir.

Termonükleer bir reaktörde trityum yerine bir helyum-3 izotopu ile döteryum kullanılması durumunda, sorunların çoğu çözülebilir. Nötron akısının yoğunluğu 30 kat düşer - buna göre 30-40 yıllık bir hizmet ömrünü kolayca sağlamak mümkündür. Helyum reaktörünün çalışmasının sona ermesinden sonra, yüksek seviyeli atık üretilmez ve yapısal elemanların radyoaktivitesi o kadar düşük olacaktır ki, şehir çöplüğüne hafifçe serpilmiş, kelimenin tam anlamıyla gömülebileceklerdir.

Sorun ne? Neden hala böyle karlı bir termonükleer yakıt kullanmıyoruz?

Her şeyden önce, çünkü gezegenimizde bu izotop son derece küçüktür. Güneşte doğar, bu yüzden bazen "güneş izotopu" olarak adlandırılır. Oradaki toplam kütlesi gezegenimizin ağırlığını aşıyor. Helyum-3, güneş rüzgarı tarafından çevredeki alana taşınır. Dünyanın manyetik alanı bu rüzgarın önemli bir bölümünü saptırır ve bu nedenle helyum-3 Dünya atmosferinin sadece trilyonda birini oluşturur - yaklaşık 4000 ton.Dünya'nın kendisinde daha da azdır - yaklaşık 500 kg.

Ay'da bu izotoptan çok daha fazlası var. Orada, bileşimde sıradan cürufa benzeyen ay toprağı "regolit" içine serpilir. Büyük - neredeyse tükenmez rezervlerden bahsediyoruz!

Apollo seferleri tarafından getirilen altı toprak örneğinin ve Sovyet otomatik istasyonları tarafından teslim edilen iki örneğin analizi " ay”, Ay'ın tüm denizlerini ve platolarını kaplayan regolitin, bin yıl boyunca modern enerjiye kıyasla birkaç kat artan Dünya enerjisinin ihtiyaçlarını karşılayacak 106 tona kadar helyum-3 içerdiğini gösterdi! Modern tahminlere göre, Ay'daki helyum-3 rezervleri, 109 ton - üç büyüklük sırasıdır.

Ay'a ek olarak, dev gezegenlerin yoğun atmosferlerinde helyum-3 bulunabilir ve teorik tahminlere göre, sadece Jüpiter'deki rezervleri 1020 tondur ve bu, Dünya'nın enerjisi için sonuna kadar yeterli olacaktır. zaman.

Helyum-3 üretim projeleri

Regolit, Ay'ı birkaç metre kalınlığında bir katmanla kaplar. Ay denizlerinin regoliti, helyum açısından yaylaların regolitinden daha zengindir. Yaklaşık 100.000 ton regolitte 1 kg helyum-3 bulunur.

Bu nedenle, değerli izotopu çıkarmak için çok miktarda ufalanan ay toprağının işlenmesi gerekir.

Tüm özellikler göz önüne alındığında, helyum-3'ün çıkarılması teknolojisi aşağıdaki süreçleri içermelidir:

1. Regolitin çıkarılması.

Özel “biçerdöverler” yaklaşık 2 m kalınlığındaki yüzey tabakasından regolit toplayacak ve işleme noktalarına teslim edecek veya doğrudan madencilik sürecinde işleyecektir.

2. Helyumun regolitten ayrılması.

Regolit 600 °C'ye ısıtıldığında, regolitte bulunan helyumun %75'i salınır (desorbe); 800 °C'ye ısıtıldığında hemen hemen tüm helyum salınır. Toz ısıtmanın, güneş ışığına ya plastik lensler ya da aynalar ile odaklanarak özel fırınlarda yapılması önerilmektedir.

3. Yeniden kullanılabilir uzay aracıyla Dünya'ya teslimat.

Helyum-3'ün ekstraksiyonu sırasında, regolitten çok sayıda madde de çıkarılır: hidrojen, su, azot, karbon dioksit, azot, metan, karbon monoksit, ay endüstriyel kompleksini korumak için faydalı olabilir.

J. Kulchinski'nin grubu, regolitin işlenmesi ve helyum-3 izotopunun çıkarılması için tasarlanan ilk ay hasat makinesinin projesi tarafından önerildi. Şu anda, özel Amerikan şirketleri, görünüşe göre, NASA'nın gelecekteki aya keşif gezisinin özelliklerine karar verdikten sonra yarışmaya sunulacak olan birkaç prototip geliştiriyor.

Hasat makinelerinin aya teslim edilmesine ek olarak, inşa edilmiş depolama tesisleri, yerleşik bir üs (tüm ekipman kompleksine hizmet etmek için), bir kozmodrom ve çok daha fazlasının yapılması gerektiği açıktır. Bununla birlikte, geleneksel enerji kaynaklarının (kömür, petrol, doğal gaz) geleceği küresel bir enerji krizinin geldiği gerçeği açısından, Ay'da gelişmiş bir altyapı oluşturmanın yüksek maliyetlerinin cömertçe karşılığını alacağına inanılmaktadır. terk edilmek zorunda.

Temel teknolojik sorun

Helyum-3 tabanlı bir enerji endüstrisi yaratma yolunda önemli bir sorun var. Gerçek şu ki, döteryum-helyum-3 reaksiyonunun gerçekleştirilmesi, döteryum-trityum reaksiyonundan çok daha zordur.

Her şeyden önce, bu izotopların bir karışımını tutuşturmak son derece zordur. Bir döteryum-trityum karışımında bir termonükleer reaksiyonun gerçekleşeceği tasarım sıcaklığı 100-200 milyon derecedir. Helyum-3 kullanırken, gerekli sıcaklık iki kat daha yüksektir. Aslında, Dünya'da küçük bir güneşi yakmamız gerekiyor.

Bununla birlikte, nükleer enerjinin gelişim tarihi (son yarım yüzyıl), 10 yıl içinde üretilen sıcaklıklarda büyük bir artış olduğunu göstermektedir. 1990 yılında, Avrupa JET tokamak'ta helyum-3 zaten yakılırken, alınan güç 140 kW idi. Yaklaşık aynı zamanda, Amerikan TFTR tokamak'ta bir döteryum-helyum karışımında reaksiyonun başlaması için gerekli sıcaklığa ulaşıldı.

Bununla birlikte, karışımı ateşlemek hala savaşın yarısıdır. Termonükleer enerjinin dezavantajı, pratik getiri elde etmenin zorluğudur, çünkü çalışma ortamı, manyetik bir alanda tutulması gereken milyonlarca dereceye ısıtılmış plazmadır.

Plazma evcilleştirme deneyleri uzun yıllardır devam ediyor, ancak geçen yılın Haziran ayının sonunda Moskova'da, bir dizi ülkenin temsilcileri, Fransa'nın güneyindeki Cadarache şehrinde Uluslararası Deneysel Termonükleer'in inşası konusunda bir anlaşma imzaladı. Reaktör (ITER), pratik bir termonükleer enerji santralinin prototipi. ITER, yakıt olarak trityumlu döteryumu kullanacak.

Helyum-3 füzyon reaktörü, yapısal olarak ITER'den daha karmaşık olacak ve şimdiye kadar projelerde bile yok. Uzmanlar, önümüzdeki 20-30 yıl içinde bir helyum-3 reaktörünün prototipinin ortaya çıkacağını umsalar da, bu teknoloji tamamen fantezi olmaya devam ediyor.

Helyum-3 üretimi konusu, Nisan 2004'te ABD Temsilciler Meclisi Bilim Komitesi'nin Uzay ve Havacılık Alt Komitesi'nde düzenlenen Ay'ın gelecekteki keşfi ve gelişimi üzerine bir duruşma sırasında uzmanlar tarafından analiz edildi. Sonuçları açıktı: uzak gelecekte bile, Ay'da helyum-3'ün çıkarılması tamamen kârsız.

Washington DC'deki Uzay Politikası Enstitüsü müdürü John Logsdon'un belirttiği gibi: “ABD uzay topluluğu, helyum-3'ün çıkarılmasını aya dönmek için ciddi bir bahane olarak görmüyor. Bu izotop için oraya uçmak, Kolomb'u beş yüz yıl önce uranyum için Hindistan'a göndermek gibidir. Getirebilirdi ve getirecekti, ancak birkaç yüz yıl boyunca kimse onunla ne yapacağını bilemezdi. ”

Ulusal bir proje olarak Helyum-3 üretimi

"Artık geleceğin termonükleer enerjisinden ve Dünya'da üretilemeyecek yeni bir ekolojik yakıt türünden bahsediyoruz. Helyum-3'ün çıkarılması için Ay'ın endüstriyel gelişiminden bahsediyoruz. "

Energia roket ve uzay şirketi başkanı Nikolai Sevastyanov'un bu açıklaması, Rus bilimsel gözlemciler tarafından yeni bir “ulusal proje” oluşturulması için bir başvuru olarak algılandı.

Gerçekten de, aslında, özellikle 20. yüzyılda devletin temel işlevlerinden biri, hayal gücünün eşiğindeki toplum için görevlerin formüle edilmesiydi. Bu aynı zamanda Sovyet devletine de uygulandı: elektrifikasyon, sanayileşme, atom bombasının yaratılması, ilk uydu, nehirlerin dönüşü.

Bugün Rusya Federasyonu'nda devlet deniyor, ancak imkansızın eşiğindeki görevleri formüle edemiyor. Devletin kendisine ulusal projeyi gösterecek ve bu projeden elde edilen faydaları teoride kanıtlayacak birine ihtiyacı var. Termonükleer enerjiye yakıt sağlamak amacıyla Ay'dan Dünya'ya helyum-3'ün geliştirilmesi ve üretilmesi programı bu gereksinimleri ideal olarak karşılamaktadır.

Rusya Bilimler Akademisi Uzay Araştırmaları Enstitüsü Bilimsel Sekreteri Fizik ve Matematik Doktoru Alexander Zakharov, “Sadece bazı büyük teknolojik problemlerde bir eksiklik olduğunu düşünüyorum” dedi. - Belki de bu nedenle, son zamanlarda termonükleer enerji için Ay'da helyum-3'ün çıkarılmasıyla ilgili tüm bu konuşmalar ortaya çıktı. Eğer ay- bir mineral kaynağı ve oradan bu helyum-3'ü taşımak için ve Dünya'da yeterli enerji yok ... Bütün bunlar anlaşılabilir, kulağa çok güzel geliyor. Ve bunun için belki de etkili insanları para ayırmaya ikna etmek kolaydır. Bence bu doğru".

Önümüzdeki yıllarda, kazananı (veya kazananları) neredeyse tükenmez bir enerji kaynağına sahip olacak olan Lunar Race-2'ye tanık olmamız mümkündür. Bu da, insanlığın, parametrelerini yalnızca tahmin edebileceğimiz niteliksel olarak yeni bir teknolojik düzene girmesine izin verecektir.

Helyum-3 nedir?

Okul fizik dersinden, helyumun atom kütlesinin dört olduğunu ve bu elementin bir soy gaz olduğunu hatırlıyoruz. Özellikle enerji salınımı ile herhangi bir kimyasal reaksiyonda kullanılması sorunludur. Tamamen farklı bir madde, atom kütlesi 3 olan bir helyum izotopudur. Döteryum (atom kütlesi 2 olan bir hidrojen izotopu) ile termonükleer bir reaksiyona girebilir, bunun sonucunda büyük bir enerji üretilir. sıradan helyum-4'ün bir proton salınımı ile sentezi nedeniyle (3 He + D → 4 Not + p + enerji). Benzer şekilde, sadece bir gram helyum-3'ten 15 ton petrol yakmakla aynı enerjiyi elde edebilirsiniz.

Yıl boyunca 10 GW'lık bir enerji salınımı için bir ton helyum-3 yeterli olacaktır. Böylece, Rusya'nın mevcut tüm enerji ihtiyacını karşılamak için yılda 20 ton helyum-3'e ihtiyaç duyulacak ve bu izotopun yaklaşık 200 tonu tüm insanlık için yılda gerekli olacaktır. Aynı zamanda, kanıtlanmış hidrokarbon rezervlerinin en son tahminlerine göre, rezervleri sınırsız olmayan petrol ve gaz yakmaya gerek kalmayacak - insanlık sadece yarım yüzyıla yetecek. Çernobil ve Fukushima'dan sonra özel bir önem kazanan oldukça tehlikeli nükleer santralleri işletmeye gerek kalmayacak.

Helyum-3 nereden alınır?

Teknolojinin modern gelişimiyle birlikte, bu elementin gerçekten mevcut olan tek kaynağı Ay'ın yüzeyidir. Helyum-3, iki hidrojen atomunun birleşiminin bir sonucu olarak yıldızların (örneğin Güneşimizin) bağırsaklarında oluşur. Bu durumda, bu reaksiyonun ana ürünü sıradan helyum-4'tür ve küçük miktarlarda izotop-3 oluşur. Bir kısmı güneş rüzgarı tarafından taşınır ve gezegen sistemi boyunca eşit olarak dağıtılır.

Helyum-3, atomları gezegenimizin manyetik alanı tarafından saptırıldığı için pratik olarak Dünya'ya düşmez. Ancak böyle bir alana sahip olmayan gezegenlerde element, toprağın üst katmanlarında biriktirilir ve yavaş yavaş birikir. Manyetik alanı olmayan Dünya'ya en yakın gök cismi Ay'dır, dolayısıyla insanlığın kullanabileceği bu değerli enerji taşıyıcısının rezervlerinin yoğunlaştığı yer burasıdır.

Bu sadece teorik hesaplamalarla değil, aynı zamanda ampirik çalışmaların sonuçlarıyla da doğrulanmaktadır. Dünya'ya teslim edilen ay toprağının tüm örneklerinde, nispeten yüksek konsantrasyonlarda helyum-3 bulundu. Ortalama olarak 100 ton regolitte 1 gram bulunur. bu enerji izotopunun

Bu nedenle, Rusya Federasyonu'nun yıllık enerji ihtiyacını tam olarak karşılamak için yukarıda belirtilen 20 ton helyum-3'ü çıkarmak için 2.000 milyon ton ay toprağını “küreklemek” gerekecektir.

Fiziksel olarak, bu, Ay'da 20x20 km boyutlarında ve 3 m'lik bir çukur derinliğine sahip bir alana tekabül ediyor.Böyle büyük ölçekli bir üretimi organize etme görevi oldukça zor, ancak oldukça çözülebilir, modern mühendisler emin. Görünüşe göre, termonükleer fırınlar için onlarca ton yakıtın Dünya'ya ulaştırılması daha zor ve maliyetli bir problem haline gelecek.

Helyum enerjisi devrimi için insanlık neyi eksik?

Dünyadaki helyum-3 temelinde tam teşekküllü bir termonükleer enerji mühendisliğinin geliştirilmesi için, insanların üç ana görevi çözmesi gerekecek.

1. Dünya-Ay güzergahı boyunca ve geri dönüş boyunca malların teslimatının güvenilir ve güçlü yollarının oluşturulması.

2. Birçok teknolojik problemle ilişkili olan helyum-3'ün çıkarılması için ay temellerinin ve komplekslerinin inşası.

3. Yeryüzünde belirli teknolojik engellerin de aşılması gereken uygun termonükleer enerji santrallerinin inşası.

İnsanlık ilk sorunu çözmeye çok yaklaştı. Ay Yarışı-2'ye katılan dört ülkenin tamamı artı Avrupa Birliği, ay yörüngesine tonlarca kargo fırlatabilen ağır roketler geliştirdi veya geliştiriyor. Örneğin, 2027 yılına kadar Rusya'da, Ay'a en az 10 ton yük taşıyabilecek olan Angara-A5V taşıyıcı roketinin "donanım olarak" uygulanması planlanıyor. Ay'ın yerçekimi Dünya'nınkinden 6 kat daha az olduğu için dönüş ulaşımı daha kolay olacaktır, ancak burada sorun yakıt olacaktır. Ya Dünya'dan ithal edilecek ya da uydumuzun yüzeyinde üretilecek.

İkinci görev çok daha ciddi, çünkü mühendisler, regolitten helyum-3'ün fiili çıkarılmasını organize etmenin yanı sıra, geleceğin madencileri için yaşam destek sistemleri ile güvenilir ay üsleri oluşturmak zorunda kalacaklar. Başta ISS ve Mir olmak üzere yörünge istasyonlarının uzun süreli çalışması sayesinde geliştirilen teknolojiler bu konuda çok yardımcı olacaktır. Hem Rusya'da hem de diğer ülkelerde, bugün ay üsleri aktif olarak tasarlanıyor ve belki de bugün ülkemiz bu tür projelerin gerçek uygulaması için maksimum teknolojiye sahip.

Üçüncü soruna gelince, son otuz yıldır Dünya'da termonükleer reaktörlerin yaratılmasıyla ilgili çalışmalar devam ediyor. Buradaki ana teknolojik zorluk, sözde yüksek sıcaklıkta plazmayı (termonükleer füzyonu “ateşlemek” için gerekli) tutma sorunudur. "Manyetik tuzaklar".

Bu sorun, döteryum ve trityumu (D + T = 4 He + n + enerjisi) birleştirme ilkesine göre çalışan reaktörler için zaten çözülmüştür. Böyle bir reaksiyonu sürdürmek için 100 milyon derecelik bir sıcaklık yeterlidir.

Ancak bu tür reaktörler aşırı derecede radyoaktif oldukları için hiçbir zaman yaygınlaşmayacaktır. Helyum-3 ve döteryum içeren bir reaksiyonu başlatmak için 300-700 milyon derecelik sıcaklıklara ihtiyaç duyulacaktır. Şimdiye kadar, böyle bir plazma uzun süre manyetik tuzaklarda tutulamaz, ancak şu anda Fransa'da inşa edilen Uluslararası Deneysel Termonükleer Reaktörün (ITER) piyasaya sürülmesinden bu alanda bir atılım sonuçlanması olasıdır. 2025 yılına kadar devreye alınacaktır.

Böylece, 2030-2040 arasındaki on yıl. helyum-3'e dayalı enerjinin geliştirilmesinde bir başlangıç ​​noktası olma şansına sahiptir, çünkü bu zamana kadar, görünüşe göre, yukarıda belirtilen teknolojik engellerin üstesinden gelinmiş olacaktır. Buna göre, insanlığı son derece ucuz (neredeyse ücretsiz) enerji çağına aktarabilecek bir enerji projesinin uygulanması için para bulmak, hem ekonomi hem de her insanın yaşam kalitesi için tüm sonuçlarıyla birlikte kalıyor.