Гелий-3, которого на Луне во много раз больше, чем на Земле, считается наиболее перспективным компонентом термоядерных реакторов будущего – основы безуглеродной энергетики. Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли. Извлекать гелий-3 из недр Луны российский ученый предлагает с помощью своеобразных "лунных бульдозеров", которые после нагрева грунта будут сгребать изотоп с поверхности. Амбициозные планы добычи гелия-3 на Луне, на полном серьезе рассматриваемые не только космическими лидерами (Россия и США), но и новичками (Китай и Индия), связаны с надеждами, которые возлагают на этот изотоп энергетики.
На Луне обнаружили новый минерал: почему это важно для энергетики
Батареи намечается расположить по лунному экватору, развернув на площадях в несколько десятков кв. Уже идут работы по созданию самодвижущихся роботов, которые вместо людей будут осваивать Луну, строить установки по производству солнечных батарей из лунных материалов, а также по обогащению и переработке пород, содержащих гелий-3. Предполагается, что Луна станет базой запусков космических аппаратов для исследования других планет Солнечной системы, поскольку сила тяжести там в 6 раз меньше, чем на Земле, и вдобавок не надо преодолевать сопротивление воздуха ввиду его отсутствия. Есть и такие экзотические проекты, как усыпать ее поверхность тончайшим слоем мела, чья отражательная способность в несколько раз выше таковой лунного грунта, и таким образом освещать Луной Землю по ночам, обходясь без расходования электроэнергии на освещение улиц.
Космические технологии Теме предстоящего освоения Луны посвящено множество публикаций как в научно-популярных ресурсах, так и в СМИ для широкой публики. Любопытно, что в большинстве статей, особенно американских, насаждается мнение, что в скором будущем Земле грозит энергетический голод и спасение придет с Луны с ее гигантскими запасами гелия-3 и возможностью покрыть ее поверхность солнечными батареями. В отдельных статьях, в конце, мельком упоминается, что все это, в том числе создание сверхстойких роботов для выполнения работ на Луне вместо людей, потребует огромных затрат, но таковые оправданы с учетом предстоящих грандиозных выгод.
Вот как по нашей просьбе обрисовал положение дел компетентный специалист в этой области профессор Алексей Дмитриев, участвовавший в свое время в создании орбитальной станции «Мир», а последние 12 лет работающий в Институте космических исследований при Национальном центральном университете Тайваня занимается разработкой совместного российско-тайваньского проекта космических исследований. Не созданы еще для этого термоядерные реакторы, технология совершенно не развита, и не было ни одного положительного эксперимента по проведению термоядерного синтеза на Земле с использованием магнитной ловушки. Есть различные предсказания, огромное количество модельных расчетов, но аппарата, который бы дал хороший положительный выход энергии в течение продолжительного времени, нет.
Поэтому тратить огромные деньги на то, чтобы разрабатывать гелий-3 на Луне, сейчас бессмысленно. Особенно при тех космических технологиях, которые у нас есть». Фото: NASA По решению Международной авиационной федерации ФАИ 12 апреля — день, когда в 1961 году человек, преодолев притяжение Земли, впервые взлетел в космическое пространство, отмечается как Всемирный день авиации и космонавтики.
Это эпохальное событие пробудило в те времена небывалое воодушевление у жителей Земли, породив грандиозные надежды на предстоящее вскоре освоение космоса, ближайших планет, а затем и всей Вселенной, с обретением новых невообразимых возможностей и знаний. Но мало кто сейчас помнит, что за два года до триумфального полета Юрия Гагарина, 12 сентября 1959 года, первой достигла Луны советская автоматическая станция «Луна-2», а следом, 4 октября 1959-го, стартовала «Луна-3», которая 7 октября произвела облет Луны, передав на Землю снимки ее обратной стороны. Все это раззадорило американцев, которые десятилетие спустя, в 1969 году, первыми ступили на поверхность Луны.
Но через пару десятилетий рассвет космической эры сменился закатом с постепенным забвением былых надежд. И вот теперь забрезжил новый рассвет.
В природе же он может накопиться либо на больших планетах Уран или Нептун , способных его удерживать, либо на телах без атмосферы и магнитосферы. Так, Луна в течение миллиардов лет терпела плазменную бомбардировку солнечным ветром. В привезённых на Землю образцах лунного реголита содержание гелия-3 на тонну составило 0,01 грамма. Это означает, что на Луне должно быть от 500 тысяч до нескольких миллионов тонн данного изотопа.
Учёные подсчитали, что 0,02 грамма гелия-3 в ходе реакции термоядерного синтеза выделяют энергии столько же, сколько образуется при сжигании барреля нефти 159 литров. При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива человечеству хватило бы на 5-10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива газа, нефти, угля на Земле. Зачем вообще добывать гелий-3 Большая часть добытого людьми гелия используется в лабораториях для научных целей. Гелий-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Это счётчики для измерения нейтронного потока. К примеру, нейтронные мониторы используют для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма.
Также гелий-3 используют для достижения сверхнизких температур. Откачкой паров гелия-4 под вакуумом можно получить температуры до 0,7 К. Если же откачивать пары гелия-3, то можно вплотную приблизиться к условной границе криогенных и сверхнизких температур 0,3 К. Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур около 0,02 К. Самым же полезным видом применения гелия-3 является термоядерное топливо.
За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 г. В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены Алексей Алексеевич Абрикосов, Виталий Лазаревич Гинзбург и Энтони Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3. Использование Счётчики нейтронов Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.
К этим преимуществам относятся: Дополнен 12 лет назад 1. В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора; 2. Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе; 3. Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности; 4. При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю. К недостаткам гелий-дейтериевой реакции следует отнести значительно более высокий температурный порог.
Поскольку Луна не имеет магнитосферы, считается, что в лунном реголите содержится большое количество газообразного гелия-3. Один литр изотопа оценивается в несколько тысяч долларов. Мейерсон утверждает, что в ближайшем будущем появится значительный спрос на гелий-3 в индустрии сверхпроводящих квантовых компьютеров и в медицинской визуализации. В более долгосрочной перспективе существует потенциал для эксплуатации термоядерного реактора с гелием-3 в качестве топлива. Однако в научном сообществе существуют серьёзные сомнения по поводу жизнеспособности этого подхода. По словам Мейерсона, одна из причин того, что использование гелия-3 в коммерческих целях не получило широкого распространения, заключается в его недоступности в коммерческих объёмах. Стабильные поставки изотопа будут стимулировать новые бизнес-планы и разработки. Компания планирует в 2026 году получить образцы лунного реголита, измерить содержание в нём гелия-3, и освоить извлечение изотопа из лунного грунта. Эта миссия, скорее всего, будет выполняться в рамках одной из программ NASA по предоставлению коммерческих лунных услуг.
Что еще почитать
- Новый минерал на Луне — камень Чанъэ
- Новые сверхдержавы родятся на Луне
- Зачем американцы собрались присвоить Луну
- На Луне редчайший Гелий-3, и человечество мечтает его добывать. Как и зачем
» Сокровище Луны – гелий-3
Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3. Почему ученые считают, что гелий-3, который в изобилии содержится на Луне может помочь человечеству преодолеть энергетический кризис? Radia Windrunner который вскоре станет самым большим грузовым самолётом в мире и Стартап Interlune который собирается добывать безумно дорогой гелий-3 на Луне. Избирательное обогащение лунного реголита солнечным гелием в зависимости от минерального состава приводит к неоднородному региональному распределению месторождений изотопов гелия на Луне.
Содержание
- Китай будет добывать гелий-3 на Луне
- Американцы займутся добычей гелия-3 на Луне
- Индия созд базу на Луне через 10 лет — эксперт | 360°
- Вы точно человек?
- Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий
Китай проанализировал количество гелия-3 на Луне
Запасов же гелия-3 на Луне около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет. Согласно теории, гелий-3 можно использовать в качестве компонента ядерного топлива, способного обеспечить энергией всю планету на долгие-долгие годы вперед. Компания из США Interlune привлекла дополнительные инвестиции в размере 15 млн долларов и намерена начать добычу гелия-3 на Луне.
Индийские эксперты заявили о создании базы на Луне через 10 лет
Внутри этого контейнера также находится небольшое устройство, которое будет нагревать образец и постепенно повышать температуру, пока она не достигнет 1000 градусов Цельсия. Таким образом, мы можем определить содержание гелия-3 при разных температурах , чтобы определить оптимальную температуру для его извлечения», — сказал Хуан. Помимо гелия-3, уран в лунном грунте является еще одним важным элементом и объектом изучения для атомной промышленности. Это исследование имеет не только большое значение для потенциальной эксплуатации таких ядерных энергетических ресурсов на Луне в будущем, но также имеет большое значение для научного изучения самой Луны и ее взаимоотношений с Землей», — сказал Ли Цзыин, глава Пекинского научно-исследовательского института геологии урана.
Впрочем, именно этой медлительности, объясняемой в первую очередь небольшой, по звездным меркам, массой светила Солнце относится к категории субкарликов и обеспечивающей постоянство потока солнечной энергии на многие миллиарды лет, мы обязаны самим существованием жизни на Земле. В звездах-гигантах преобразование материи в энергию идет значительно быстрее, но в результате они сжигают себя полностью за десятки миллионов лет, не успев даже толком обзавестись планетными системами. Задумав провести термоядерный синтез в лаборатории, человек собирается таким образом перехитрить природу, создав более эффективный и компактный генератор энергии, чем Солнце. Однако мы можем выбрать гораздо более легко осуществимую реакцию - синтез гелия из дейтерий-тритиевой смеси. Планируется, что проектируемый международный термоядерный реактор - токамак "ИТЕР" сможет достичь порога зажигания, от чего, впрочем, еще очень и очень далеко до коммерческого использования термоядерной энергии см. Основная проблема, как известно, состоит в том, чтобы удержать плазму, нагретую до нужной температуры. Так как никакая стенка при такой температуре не избежит разрушения, то удерживать плазменное облако пытаются магнитным полем. В водородной бомбе задача решается взрывом небольшого атомного заряда, сжимающего и нагревающего смесь до необходимой кондиции, но для мирного получения энергии этот способ мало подходит. О перспективах так называемой взрывной энергетики см. Главный недостаток дейтерий-тритиевой реакции - высокая радиоактивность трития, период полураспада которого составляет всего 12,5 лет. Это самая радиационно-грязная из доступных реакций, причем настолько, что в промышленном реакторе внутренние стенки камеры сгорания необходимо будет менять через каждые несколько лет из-за радиационного разрушения материала. Правда, наиболее вредные радиоактивные отходы, требующие бессрочного захоронения глубоко под землей из-за большого времени распада, при синтезе не образуются совсем. Другая проблема заключается в том, что выделяемую энергию уносят в основном нейтроны. Эти не имеющие электрического заряда частицы не замечают электромагнитного поля и вообще плохо взаимодействуют с веществом, так что отобрать у них энергию непросто. Реакции синтеза без трития, например с участием дейтерия и гелия-3, практически радиационно безопасны, так как в них используются только стабильные ядра и не производятся неудобные нейтроны. Однако, чтобы "зажечь" такую реакцию, нужно, компенсируя более низкую скорость синтеза, нагреть плазму в десять раз сильнее - до миллиарда градусов одновременно решив задачу ее удержания! Поэтому сегодня подобные варианты рассматривают как основу будущих термоядерных реакторов второго, следующего за дейтерий-тритиевым, поколения. Однако идея этой альтернативной термоядерной энергетики приобрела и неожиданных союзников. Сторонники колонизации космоса считают гелий-3 одной из основных экономических целей лунной экспансии, которая должна обеспечить потребности человечества в чистой термоядерной энергии. Однако для Земли гелий - экзотика. Это очень летучий газ. Земля не может удержать его своим тяготением, и почти весь первичный гелий, попавший на нее из протопланетного облака при образовании Солнечной системы, вернулся из атмосферы обратно в космос. Даже обнаружен гелий был сначала на Солнце, почему и получил название в честь древнегреческого бога Гелиоса. Позже его нашли в минералах, содержащих радиоактивные элементы, и, наконец, выловили в атмосфере среди других благородных газов. Земной гелий имеет в основном не космическое, а вторичное, радиационное, происхождение: при распаде радиоактивных химических элементов вылетают альфа-частицы - ядра гелия-4. Гелий-3 так не образуется, и поэтому его количество на Земле ничтожно и исчисляется буквально килограммами. Запастись гелием космического происхождения с относительно большим содержанием гелия-3 можно в атмосферах Урана или Нептуна - планет достаточно больших, чтобы удержать этот легкий газ, или на Солнце. Оказалось, что к солнечному гелию подобраться проще: все межпланетное пространство заполнено солнечным ветром, в котором на 70 тысяч протонов приходится 3000 альфа-частиц - ядер гелия-4 и одно ядро гелия-3.
Им придется готовиться к полету так же, как сегодня космическим туристам, - по году? Сегодня это так. Наша задача снизить до трех месяцев время подготовки, а перегрузки до 2,5 G. В таком случае наша система станет окупаемой. Это может обеспечить многоразовая система "Клипер". Мы предлагаем сделать из МКС постоянно действующий искусственный спутник Земли. Вот только кто ее будет транспортно обслуживать? Пока это делают "Союзы" и "Прогрессы", а также шаттлы. Европейцы создают свою транспортную систему - АTV, первый полет запланирован на этот год. Японцы делают НTV, она заработает с 2009 года. США начали проект "Орион" - по замене шаттла, а в России решения по созданию новой системы пока не приняты. Если "Клипер" будет одобрен, это позволит уже с 2015 года значительно снизить затраты на обслуживание МКС. К тому же "Клипер" - это способ наладить постоянное сообщение между околоземной и окололунной станциями. Корабль с крыльями будет доставлять людей с Земли на МКС, а другая его модификация - без крыльев - летать к Луне. Флот из пяти кораблей нами оценен в два миллиарда долларов. Для сравнения: США собираются потратить на разработку нового корабля до 8 миллиардов долларов. Если бы мы создавали систему с нуля, как американцы, потратили бы столько же. На каком этапе мы могли бы пойти на сотрудничество с другими странами в осуществлении лунного проекта? На всех этапах. Сначала полеты и исследования с наименьшими техническими рисками. А потом создание промышленных объектов. Нужна постоянно действующая транспортная система на многоразовой основе. Строительство заводов и иных промышленных объектов на поверхности Луны также может осуществляться в рамках международного сотрудничества. Правильно ли я поняла, что транспортная система - это не только "Клипер"? Мы спроектировали еще и многоразовый разгонный блок, который будет дозаправляться и летать между околоземной и окололунной станциями. Плюс транспорт для доставки тяжелых грузов. А вот тяжелые грузы - иная задача, здесь надо экономить топливо. Но в этом случае необязательно, чтобы корабль летел быстро. Мы разработали транспортное средство на электрореактивной тяге. Этот буксир обладает малой тягой, но высоким удельным импульсом. Лететь к Луне он будет около года, но если отправлять такие "танкеры" регулярно, то сообщение с Луной станет экономически эффективным.
Расчеты показывают, что гелий-3 является идеальным топливом для ядерной энергетики, так как исключительно эффективен и практически полностью безопасен. На Земле нет месторождений гелия-3 На Земле нет месторождений гелия-3, но его выделяют в небольших количествах при распаде трития. Газ используется в медицинском оборудовании. На Луне, по подсчетам специалистов, находится до 10 млн тонн гелия-3.
Интернет-издание о бизнесе, стартапах и IT-технологиях
- Поиски гелия-3 на Луне: технологии и препятствия
- Схожие новости:
- Курсы валюты:
- Редкий изотоп: как Росатом создаёт Гелий-3 из жидкого гелия
Луна на очереди: в Китае хотят добывать гелий-3 с поверхности спутника Земли
Бывшие сотрудники компании Blue Origin создали стартап, который планирует заниматься добычей гелия-3 на Луне. Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3. Добыча гелия-3 на Луне может стать решающим фактором в развитии термоядерной энергетики. Запасов же гелия-3 на Луне около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет. Содержание Гелия 3 на Луне в 10 тысяч раз выше, чем на Земле. Гелий-3 — это редкий изотоп гелия, который имеет два протона и один нейтрон в ядре.
Зачем американцы собрались присвоить Луну
Европейские ученые объявили о планах начать добычу гелия-3 на Луне уже в 2025 году. Американский стартап Interlune намерен организовать добычу гелия-3 на Луне уже к 2030 году. Нельзя не упомянуть, что затраты на строительство добывающей гелий-3 шахты на Луне будут поистине астрономическими. Причем на Луне гелий-3 находится лишь в поверхностном слое и имеет солнечное происхождение, а Луна играет роль ловушки для солнечного ветра.
Космонавтика
Одна из них — это высокая стоимость добычи и транспортировки гелия-3 с Луны на Землю. Кроме того, необходимо разработать эффективные методы хранения и использования гелия-3, чтобы обеспечить безопасность и надежность космических миссий. Тем не менее, исследования в области использования гелия-3 продолжаются, и возможно, в ближайшем будущем мы увидим новые космические корабли, работающие на этом уникальном топливе. Гелий-3 может стать ключом к освоению дальнего космоса и обеспечить человечеству доступ к новым ресурсам и знаниям. Однако, для реализации этого потенциала необходимо решить множество технических и экономических проблем, а также обеспечить безопасность космических миссий для будущих поколений.
Поэтому практическое значение может иметь только синтез с участием самых легких ядер», — поясняет директор Института ядерного синтеза, председатель ученого совета Курчатовского центра Валентин Смирнов. Поэтому сегодня наиболее близка к требованиям промышленного использования реакция дейтерий — гелий-3. В результате этой реакции выделяются не нейтроны, а положительно заряженные протоны и инертный гелий-4.
Плюсы применения гелия-3 в электростанциях весьма существенны: исходное сырье и продукты реакции, в отличие от вариантов с другим сырьем, не обладают радиоактивностью. А, кроме того, идет прямое преобразование энергии реакции в электрическую минуя тепловой цикл превращения воды в пар с присущими ему потерями, снижающими КПД станции. Ведь продукты реакции протоны и ядра гелия можно тормозить в электрическом поле и напрямую возбуждать ток в нагрузке. Еще один плюс — экономия на системах защиты. В случае выхода термоядерной реакции из-под контроля человека, температура реакции в силу законов физики неизбежно упадет в миллиардные доли секунды, и реакция прекратится сама собой. Таким образом, термоядерный реактор даже теоретически не сможет превратиться в водородную бомбу: «в худшем случае оплавится верхний слой металлических стенок реактора на глубину до 1 миллиметра, но и для этого требуется очень редкое стечение неблагоприятных факторов», — говорит Валентин Смирнов. Таким образом, термоядерная электростанция будет куда безопаснее атомной, не говоря о том, что отсутствие огромных расходов на эксплуатацию многоуровневых систем защиты сделает их более дешевыми по сравнению с АЭС.
Остается решить вопрос с поставкой сырья. Где же можно недорого взять гелий-3? Ученые полагают, что часть гелия могла возникнуть во время Большого взрыва, однако его большая часть образуется из дейтерия во время термоядерного синтеза на звездах. Поэтому практически весь доступный нам гелий-3 произведен на Солнце. Впрочем, лететь за ним на само светило отнюдь не обязательно — вместе с другими элементами потенциальное сырье для электростанций разносит солнечный ветер. Вот только на Земле этого изотопа крайне мало, всего несколько сот килограмм, что делает невозможным промышленную эксплуатацию «домашнего» сырья. Самая близкая к нам кладовая этого вещества — Луна.
Гелий-3 в виде мелких частиц льда распределен на ее поверхности почти равномерно, однако в районах «лунных морей» его концентрация превышает средние показатели в 5 раз, говорит директор Института геохимии и аналитической химии ГЕОХИ им. Здесь его и стоит добывать. По подсчетам ученого, одна тонна этого вещества даст такое же количество энергии, какое можно получить при сжигании 20 миллионов тонн!
Гелий-3 очень редко встречается на Земле, так как атмосфера не дает солнечным ветрам сдуть его с поверхности планеты. Луна , в свою очередь, не имеет такой защиты, и изотопы свободно ударяясь о поверхность, соединяются с пылью.
Китайские ученые планируют извлекать гелий-3, нагревая лунную пыль до 600 градусов. Затем полученный элемент будут отправлять на Землю для целевого использования. Считается, что гелий-3 практически не имеет недостатков в качестве источника топлива.
При этом, Interlune — не единственная организация, положившая глаз на лунные запасы гелия-3. Добыча природных ресурсов — составная часть лунной программы «Артемида». В 2015 году в США был принят закон, поощряющий американские компании вести добычу ресурсов на внеземных объектах, включая воду и минералы. Другими словами, граждане Соединенных Штатов получили право оставить себе все, что привезли из космоса, если это не живое существо.
Луна . Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий .
Для этого потребуется 15 миллиардов долларов. Треть суммы нужна для создания экспериментальной добывающей базы. Сумма столь высока в связи с тем, что пока не существует даже рабочего прототипа. Еще 5 миллиардов потребуются на создание ракеты многократного использования для доставки изотопа гелия с Луны. Куда нужно потратить остальные 2,5 миллиарда, ученый не уточнил. Однако при таком масштабе они вполне могут быть поглощены повседневными расходами — хватило бы денег.
На полюс за гелием В ИСРО отмечают, что практически все лунные миссии, организованные разными государствами в прошлом, исследовали в основном регионы на экваторе Луны и пока никто не пытался серьезно изучить полюса. Планируется, что высаженный в этом районе небольшой самоходный аппарат, который будет получать энергию от солнечной батареи, будет работать один лунный день 14 земных суток. В ИСРО не исключают, что после лунной ночи аппарат вновь сможет "проснуться" и продолжить движение. Но даже за один день он сможет пройти около 1 км по лунной поверхности.
На полюс за гелием В ИСРО отмечают, что практически все лунные миссии, организованные разными государствами в прошлом, исследовали в основном регионы на экваторе Луны и пока никто не пытался серьезно изучить полюса. Планируется, что высаженный в этом районе небольшой самоходный аппарат, который будет получать энергию от солнечной батареи, будет работать один лунный день 14 земных суток. В ИСРО не исключают, что после лунной ночи аппарат вновь сможет "проснуться" и продолжить движение. Но даже за один день он сможет пройти около 1 км по лунной поверхности.
Индийские эксперты заявили о создании базы на Луне через 10 лет Читать 360 в Индия сможет создать постоянную базу на Луне через 10 лет. Там возможно будет добывать гелий-3. Организация специализируется на выпуске сверхзвуковых крылатых ракет. Об этом сообщила «Свободная пресса».
На Луне найден новый минерал и источник «энергии для всех людей на Земле»
Добыча гелия-3 на Луне может стать решающим фактором в развитии термоядерной энергетики. Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли. Согласно теории, гелий-3 можно использовать в качестве компонента ядерного топлива, способного обеспечить энергией всю планету на долгие-долгие годы вперед. На Луне гелий-3 присутствует в очень малых количествах, но его добыча может стать очень выгодным бизнесом.