Гелий-3

На луне редчайший гелий-3, и человечество мечтает его добывать. как и зачем

Использование[]

Счётчики нейтронов

Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. В них происходит реакция

n + ³He → ³H + 1H + 0,764 МэВ.

Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.

Медицина

Поляризованный гелий-3 (он может долго храниться) недавно начал использоваться в магнитно-резонансной томографии для получения изображения лёгких с помощью ядерного магнитного резонанса.

Реакции синтеза

Реакции синтеза гелия-3
Реагенты Товары Энергия высвобождается
Топливо первого поколения
21Н +21ЧАС. 32Он +1н 3,268  МэВ
21Н +21ЧАС. 31Н +11п 4,032  МэВ
21Н +31ЧАС. 42Он +1н 17,571  МэВ
Топливо второго поколения
21Н +32Он 42Он +11п 18,354  МэВ
Топливо третьего поколения
32Он +32Он 42Он + 211п 12,86  МэВ

Некоторые термоядерные процессы производят высокоэнергетические нейтроны, которые делают компоненты, пораженные их бомбардировкой, радиоактивными, поэтому создание энергии должно происходить за счет тепла.

Преимущество синтеза гелия-3 с дейтерием связано с характером его реакции: он сам по себе не радиоактивен, а единственным высокоэнергетическим протоном, образующимся в реакции, можно легко управлять с помощью магнитных и электрических полей.

Однако, так как оба реагента должны быть смешаны вместе для получения сплава, могут возникнуть побочные реакции (21Н +21Н и32Он +32He), первый из которых не анейтронный. Так что поток нейтронов все равно будет , хотя и намного ниже, чем у дейтериево-тритиевых реакций. Использование новых высокотемпературных сверхпроводящих магнитов может привести к переоценке этой технологии, хотя проблемы с поставками гелия-3 остаются.

Кроме того, из-за высокого кулоновского барьера температуры, необходимые для плавления21Н +32Он примерно в 3,3 раза выше, чем у обычного термоядерного21Н +31Х. _

Количество гелия-3 в настоящее время недостаточно для замены традиционных ископаемых видов топлива . Общее количество энергии, выделяемой при реакции 3 He +21H + из18,4  МэВ , что соответствует прибл.493  МВтч (4,93 × 10 8  Втч ) на каждые три грамма 3 He (один моль ).

Если бы даже такое количество энергии могло быть преобразовано со 100% эффективностью , что невозможно с практической точки зрения, оно соответствовало бы всего лишь 30 минутам работы обычной электростанции.1  ГВт ; для замены годового производства аналогичного завода потребуется17,5  кг изотопов; однако на сегодняшний день эффективность преобразования между электростанцией и коммерческой электросетью составляет около 30%, что потребует более 50 кг гелия в год для замены одной электростанции.

Потому что, по данным Управления энергетической информации США , потребление энергии только для бытовых нужд в США в 2001 году составило 1 140 миллиардов киловатт-часов, (1,114 × 10 15  Втч ), потребуется6,7  т гелия-3 при гипотетическом 100% КПД или 20 т в год при более реальной конверсии.

Георгий Гамов и его туннельный эффект

Примерно в то же время, когда Эддингтон упорно настаивал в своей книге, что в звездах водород превращается в гелий, начался великий переворот в физике. Главными действующими лицами этого переворота были Луи де Бройль в Париже, Нильс Бор в Копенгагене, Эрвин Шрёдингер в Цюрихе и гёттингенские физики. Это были золотые двадцатые годы годы расцвета гёттингенской школы физиков, руководимой Максом Борном, одним из основателей квантовой механики. Многие молодые физики, которые в то время съехались в Гёттинген со всего света, стали впоследствии знаменитыми учеными: Вернер Гейзенберг и Роберт Оппенгеймер, Поль Дирак и Эдвард Теллер. Одним из них был молодой выходец из России Георгий Гамов. Он занимался проблемой радиоактивности, а также вопросами естественого радиоактивного распада атомных ядер.

Существуют химические элементы, ядра атомов которых могут самопроизвольно распадаться. Из урана образуется при этом торий, из тория радий, который в свою очередь тоже распадается. Ядро наиболее широко распространенного изотопа радия состоит из 88 протонов и 138 нейтронов. Ядро радия испускает через определенное время два нейтрона и два протона. При этом масса ядра радия уменьшается. Четыре элементарные частицы, которые вылетают из ядра радия при радиоактивном распаде, остаются соединенными друг с другом. Они образуют ядро гелия. Было трудно понять, как ядро радия может испустить ядро гелия. Элементарные частицы, образующие ядро радия, размещены в очень малом объеме и притягиваются друг к другу чрезвычайно мощными силами ядерного взаимодействия. Ядерные силы намного превосходят электрическое отталкивание протонов. Если бы ядерных сил не было, то все протоны ядра радия разлетелись бы друг от друга. В то же время ядерные силы имеют очень небольшой радиус действия. Если удалить одну из элементарных частиц ядра достаточно далеко от остальных, то электрическое отталкивание будет преобладать, и частицы разлетятся. Классическая физика считает этот процесс невозможным, поскольку ядерные силы притягивают друг к другу элементарные частицы ядра. Однако в природе такой процесс происходит.

Гамов решил проблему распада радиоактивных атомов. Элементарные частицы в ядре радия действительно связаны друг с другом ядерными силами и не могут, вообще говоря, разлетаться. Однако квантовая механика утверждает, что существует небольшая, но конечная вероятность такого процесса. Хотя это невозможно в рамках классической механики, но часть атомного ядра, несмотря на мощные ядерные силы притяжения, может удалиться от остальных частиц настолько далеко, что возобладают силы электрического отталкивания и продукты реакции разлетятся. Этот процесс кажется невероятным, но он тем не менее происходит. Примерно один раз в тысячу лет атом радия может испустить ядро гелия.

Такое явление называют туннельным эффектом. Этот эффект был предсказан квантовой механикой. Название эффекта можно пояснить с помощью наглядной картины. Элементарные частицы, образующие ядро радия, связаны друг с другом ядерными силами. Они как бы отгорожены от внешнего мира кольцом высоких гор. Элементарные частицы в ядре не обладают достаточной энергией, чтобы перевалить через этот горный хребет. Классическая механика утверждает, что горы непреодолимы. Однако квантовая механика допускает процесс, при котором элементарная частица ядра может внезапно оказаться по другую сторону горного хребта. Иными словами, она как бы проскакивает на ту сторону через туннель, не поднимаясь в гору/

Если туннельный эффект позволяет элементарным частицам покинуть ядро, то, по мнению Гамова, может идти и обратный процесс: частицы из внешнего мира могут проникать в атомное ядро.

История и открытия

HELION , то атомное ядро атома гелия-3, состоит из двух протонов и, в отличии от нормального гелия с двумя нейтронами, только одного нейтрона. Гелий-3 и тритий впервые были обнаружены австралийским физиком-ядерщиком Марком Олифантом в Кембриджском университете в Кавендишской лаборатории в 1934 году, когда он облучил дейтерий ускоренными дейтронами . Пройти реакции ядерного синтеза , откуда гелий-3 и тритий производства.

Позже в 1939 году Луис Вальтер Альварес углубил свое понимание обоих веществ с помощью экспериментов на циклотроне в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли .

Исходя из теоретических соображений, гелий-3 должен был быть радионуклидом до того, как Альварес смог обнаружить его следы в образцах природного гелия. Поскольку эти образцы имели геологическое происхождение и возраст в миллионы лет, это должен был быть тритий, который превращается в гелий-3 с периодом полураспада в несколько лет, а не наоборот, как предполагалось изначально. Альварес также смог определить период полураспада трития. и гелий-3 — единственные стабильные нуклиды, которые содержат больше протонов, чем нейтронов.

Рекомендации

  1. (in) Дж. Эмсли, Строительные блоки природы: Руководство по элементам для Аризоны , Оксфорд, Oxford University Press ,
    2001 г., 538  с. , pocket , стр.  178.
  2. (ru) GN Zastenker et al. , Изотопный состав и содержание межзвездного нейтрального гелия по данным прямых измерений , Astrophysics , vol.  45, п о  2
    2002 г., стр.  131–142 .
  3. ↑ и (ru) .
  4. (in) Энциклопедия химических элементов , стр.  264
    .
  5. Ядерная физика в двух словах , CA Bertulani, Princeton University Press, Принстон, Нью-Джерси, 2007, Глава 1, ( ISBN  978-0-691-12505-3 ) .
  6. (in) К.Л. Барбалас, , EnvironmentalChemistry.com (по состоянию на 13 сентября 2010 г. ) .
  7. ↑ и (in) Энциклопедия химических элементов , стр.  260
    .
  • Масса изотопов из:
  • Изотопные составы и стандартные атомные массы:
    • (en) Дж. Р. де Лаэтер, Дж. К. Бёльке, П. Де Бьевр, Х. Хидака, Х. С. Пайзер, К. Дж. Р. Росман и П. Д. П. Тейлор, «  Атомные веса элементов. Обзор 2000 (технический отчет ИЮПАК)  » , Чистая и прикладная химия , т.  75, п о  6,2003 г., стр.  683–800
    • (ru) М.Э. Визер, «  Атомные веса элементов 2005 (Технический отчет ИЮПАК)  » , Чистая и прикладная химия , т.  78, п о  11,2006 г., стр.  2051–2066
  • Период полураспада, спин и данные по избранным изомерам из следующих источников:
    • (ru) Г. Ауди, А. Х. Вапстра, К. Тибо, Дж. Блахот и О. Берсиллон, «  Оценка ядерных свойств и свойств распада с помощью NUBASE  » , Nuclear Physics A , vol.  729, г.2003 г., стр.  3–128 ( DOI   , Bibcode   , )
    • (ru) Национальный центр ядерных данных , , Брукхейвенская национальная лаборатория (консультации в сентябре 2005 г. )
    • (ru) Н. Е. Холден и Д. Р. Лид ( ред. ), Справочник CRC по химии и физике , CRC Press ,2004 г., 85- е  изд. , 2712  с. , «Таблица изотопов» , раздел 11

(fr) Эта статья частично или полностью взята из статьи в англоязычной Википедии «  Изотопы гелия  » ( см. список авторов ) .

Применение изотопа гелий-3

Данный изотоп, в отличие от своего тяжелого собрата гелия-4 обладает совсем другими физическими характеристиками. В их число входит иная атомная масса, температура кипения, удельная теплота испарения и плотность в жидком состоянии. В результате чего гелий-3 высоко ценится в научных и промышленных кругах и имеет несколько направлений для применения:

  • Криогеника. Растворение жидкого изотопа гелий-3 в более тяжелом гелие-4 позволяет получить сверхнизкие температуры, около 0,02 Кельвина. На основе этого процесса существует ряд криогенных устройств, таких как рефрижераторы растворения. Последние используются в различных низкотемпературных физических экспериментах, и не только в области криогеники.
  • Медицина. Для получения изображения человеческих легких используется рентген или магнитно-резонансная томография (МРТ). Оба эти способа открыты довольно давно, и качество получаемых снимков легких оставляет желать лучшего. В надежде шагнуть дальше, американскими учеными была изобретена ядерная МРТ с использованием намагниченного газа ксенона-129. Позже было обнаружено, что в отличие от ксенона-129, гелий-3 является безвредным для человека, позволяет получать снимки, разрешение которых в сотни раз лучше. Кроме того гелий-3 не требует дорогостоящего обогащения и дорогих мощных томографов.

Аппараты МРТ известны всем как современный способ диагностики

Ядерная физика. Гелий-3 имеет высокое сечение поглощения нейтронов, поэтому является основным из нескольких возможных газовых наполнителей для счетчиков (детекторов), регистрирующих нейтроны в различных физических экспериментах. Также подобные счетчики могут использоваться для обнаружения запасов плутония, что позволит ужесточить защитные меры против транспортировки топлива для ядерного оружия.

Вхождение

Гелий-3 — это оригинальный нуклид, который выходит из земной коры в атмосферу, а оттуда в космос в течение миллионов лет . Считается, что гелий-3 является природным космогенным нуклидом , так как он может образовываться при бомбардировке лития нейтронами. Последние высвобождаются при спонтанном делении и ядерных реакциях с космическими лучами . Тритий также постоянно образуется в атмосфере Земли в результате реакций между азотом и космическими лучами, который со временем распадается на гелий-3. Однако абсолютные суммы невелики; общее количество природного трития в биосфере оценивается в 3,5 кг.

Гелий-3 чаще встречается в мантии Земли (типичное соотношение гелия-3 к гелию-4 составляет 1:10 4 ), чем в земной коре и атмосфере (типичное соотношение 1:10 6 ). Причина в том, что земная кора выделяется в атмосферу, а гелий, полученный в результате радиоактивного распада, всегда является гелием-4. В районах с высокой вулканической активностью, где мантийные плюмы поднимаются из мантии Земли, часто наблюдается более высокая концентрация гелия-3.

Частота в солнечной системе

Предполагается, что концентрация гелия-3 примерно в тысячу раз выше, чем у земных источников, но все еще очень мала, на Луне, где он был отложен солнечным ветром в верхнем слое реголита в течение миллиардов лет, а затем ни одной из них. выпущен или выпущен из-за отсутствия вулканической и биогенной активности был разбавлен.

На газовых планетах гелий-3 находится в исходном космическом пространстве, соответственно, в более высоком соотношении с гелием-4. Считается, что эти отношения аналогичны отношениям в солнечной туманности, из которой позже образовались Солнце и планеты. По сравнению с Землей, доля гелия в газовых планетах очень высока, поскольку их атмосфера — в отличие от атмосферы Земли — может навсегда связывать этот газ. Масс-спектрометр космического зонда «Галилео» позволил измерить отношение гелия-3 к гелию-4 в . Соотношение составляет примерно 1:10 4 , то есть 100 частей на миллион. Это примерно в диапазоне соотношения в реголите Луны. Тем не менее, отношение в земной коре в 10 раз 2 ниже (т.е. от 2 до 20 частей на миллион), который , в основном из — за дегазации исходного гелия с одновременным вступлением нового гелия-4 через альфа — распада от урана , торий и их дочерние нуклиды.

Распространенность гелия-3

В Солнечной системе наибольший запас гелия-3 имеется в недрах газовых гигантов, таких как Юпитер или Сатурн. Однако, в отличие от звезд, постоянно вырабатывающих данный изотоп, близкие к нам планеты-гиганты получили его на этапе своего формирования, и теперь лишь хранят запасы гелия-3 в своих слоях.

Баллон с гелием-3

На Земле этот изотоп распространен в мизерных объемах, примерно в 7300 раз меньше, чем гелий-4. Масса гелия-3 в земной атмосфере оценивается всего в 35 000 тонн, в то время как полная масса атмосферы  5,2×1015 тонн. Постепенно данный изотоп улетучивается в космос, однако его небольшой запас находится в недрах нашей планеты и в малом количестве выходит наружу из различных ущелий в земной коре и вместе с извержениями вулканов, что позволяет восполнить его объем в атмосфере.

Лунные запасы

О существовании на Луне гелия-3 узнали после анализа ее грунта, доставленного автоматическими станциями, а также вручную – ведь только в последнюю экспедицию американские астронавты прихватили с собой 117 кг такового грунта. Гелий-3 заносился на Луну солнечным ветром миллиарды лет и считается самым перспективным источником дешевой энергии благодаря способности вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. Однако для этого потребуются температуры порядка миллиарда градусов, что пока неосуществимо.

Теоретически его использование предпочтительнее в дейтерий-тритиевом синтезе, о котором часто пишут, поскольку здесь в ходе реакции получаются свободные протоны вместо нейтронов, способных просуществовать за пределами реактора значительно дольше, а потому более опасных. 

По расчетам, общие запасы гелия-3 составляют 500 млн тонн, что примерно 36 г на тонну грунта, так что с одного кв. км можно будет получить до 70 кг гелия-3. При термоядерном синтезе всего лишь из килограмма гелия-3 выделяется 19 МВт, а из одной тонны – энергии столько же, как при сжигании 15 млн тонн нефти. 

Чтобы обеспечивать энергией всю Землю на протяжении года, его потребуется всего-то 30 тонн. Так что его использование даст возможность полностью обеспечить всю Землю энергией на протяжении более 1000 лет. Недавно было заявлено, что гелия-3 хватит на 5000 лет. Подсчитано: тонна изотопа гелия-3 при оценке в нефтяном эквиваленте будет стоить около $4 млрд. На нашей же планете таковой изотоп, по сути, отсутствует, в недрах его содержится не больше 1000 тонн, а концентрация слишком низка для рентабельной промышленной добычи.

Насчет гелия-3 обсуждаются два варианта: либо перебрасывать его на Землю с помощью ракет и вырабатывать электроэнергию в земных реакторах, либо создавать таковые прямо на Луне и передавать вырабатываемую энергию, преобразуя в виде потоков, например по лазерному лучу. Считается, что это даже предпочтительнее, поскольку отпадает надобность в транспортировке, и, кроме того, тем же способом предполагается передавать на Землю энергию от солнечных батарей. Батареи намечается расположить по лунному экватору, развернув на площадях в несколько десятков кв. км. 

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.

Производство человека

Практически весь гелий-3, используемый сегодня в промышленности, образует в результате радиоактивного распада трития, учитывая его очень низкий уровень природное изобилие и его очень высокая стоимость.

Производство, продажа и распределение гелия-3 в США контролируется Министерством энергетики США (DOE).

Хотя тритий имеет несколько различных экспериментально Значения его периода полураспада, NIST перечисляют 4500 ± 8 дней (12,32 ± 0,02 года). Он распадается на гелий-3 в результате бета-распада, как в этом ядерном уравнении:

. 1H. . 2He. + . e. + . ν. e

Среди общей выделенной энергии 18,6 кэВ, доля кинетической энергии электрона меняется, со средним соответствует 5,7 кэВ, в то время как оставшаяся энергия уносится почти необнаружимым электронным антинейтрино. Бета-частицы из трития могут проникать только около 6,0 мм воздуха, и они неспособны проходить через внешний слой кожи человека. Необычно низкая энергия, выделяющаяся при бета-распаде трития, делает этот распад (вместе с рением-187 ) подходящим для измерения абсолютной массы нейтрино в лаборатории (последний эксперимент — КАТРИН ).

Низкая энергия излучения трития затрудняет обнаружение меченых соединений, за исключением использования жидкостного сцинтилляционного счета.

Тритий радиоактивным изотопом водорода и обычно образует при бомбардировке лития-6 нейтроны в ядерном реакторе. Ядро лития поглощает нейтрон и распадается на гелий-4 и тритий. Тритий распадается на гелий-3 с периодом полураспада 12,3 года, поэтому гелий-3 можно получить, просто храня тритий, пока он не подвергнется радиоактивному распаду.

Тритийным важнейшим компонентом ядерного оружия, и исторически он производился и складировался в основном для этого применения. Распад трития на гелий-3 снижает взрывную мощность термоядерной боеголовки, поэтому периодически накопленный гелий-3 должен удаляться из резервуаров боеголовки и тритий в хранилище. Гелий-3, удаленный во время этого процесса, продается для других целей.

На протяжении десятилетий он был и остается основным источником гелия-3 в мире. Однако после подписания в 1991 г. Договора СНВ-1 количество ядерных боеголовок, которые хранятся в готовности к использованию, уменьшилось. Это привело к сокращению количества гелия-3, доступного из этого источника. Запасы гелия-3 еще больше уменьшились из-за возникшего спроса, в первую очередь для использования в детекторах нейтронного излучения и медицинских диагностических процедур. Промышленный спрос на гелий-3 в США достиг пика в 70 000 литров (примерно 8 кг) в год в 2008 году. Цена на аукционе, составлявшая исторически около 100 долларов за литр, достигла 2000 долларов за литр. С тех пор спрос на гелий-3 снизился примерно до 6000 литров в год из-за высокой стоимости и энергии энергетики по его переработке и поиску заменителей.

Министерство энергетики признало растущую нехватку как трития, так и начало производства тритии путем облучения на атомной электростанции Управление долины Теннесси Уоттс-Бар в 2010 году. В этом процессе стержни выгорающего поглотителя (TPBAR), производящие тритий, содержащих литий в керамической, вставляются в реактор вместо обычных регулирующих стержней из бора. Периодически TPBAR заменяются и извлекается тритий.

В настоящее время используется только один реактор, но при необходимости этот процесс можно было бы расширить для любых потребностей мыслимых потребностей просто за счет использования большего количества национальных энергетических реакторов. Значительные количества трития и гелия-3 также могут быть извлечены из тяжеловодного замедлителя в ядерных реакторах CANDU.

Гелий 2 (дипротон)

Гелий 2 ( 2 он) является гипотетическим изотопом гелия которого ядро состоит из двух протонов и без каких — либо нейтронов и поэтому называется «дипротоном». Дипротоны теоретически нестабильны из-за спин-спиновых взаимодействий и принципа исключения Паули, который заставит оба протона иметь анти-выровненные спины, что даст дипротону отрицательную энергию связи .

Не исключено, что были наблюдения нестабильного 2 He. В 2000 году физики впервые наблюдали новый тип радиоактивного распада, при котором ядро ​​испускает два протона одновременно и, следовательно, возможно, ядро 2 He. Команда под руководством Альфредо Галиндо-Урибарри из Окриджской национальной лаборатории выбрала изотоп неона с энергетической структурой, которая не позволяет ему испускать один протон за раз, а это означает, что одновременно могут быть выброшены только два протона. Затем команда поместила обогащенную протонами мишень под пучком ионов фтора, чтобы получить 18 Ne, который затем распадается на кислород и два протона. Любой протон, выброшенный из мишени, идентифицировался по его энергетическим характеристикам. Есть два способа испускания двух протонов: ядро ​​неона может испускать «дипротон», который затем распадается, разделяясь на два протона, но также два протона могут испускаться отдельно, но одновременно, явление, называемое «  демократичным». распад  ». Хотя опыт показал, что одновременное излучение двух протонов возможно, параметры не были достаточно точными, чтобы определить режим, в котором это излучение имело место.

Лучшее доказательство существования 2 He было найдено в 2008 году в Национальном институте ядерной физики , Италия. В этом эксперименте исследователи обстреляли бериллиевый лист пучком 20 Ne. При столкновении часть атомов неона превратилась в 18 Ne. Затем сердечники столкнулись с листом свинца. Это второе столкновение привело к возбуждению ядер 18 Ne в очень нестабильном состоянии. Как и в эксперименте Ок-Ридж, ядра 18 Ne распадались на ядра 16 O, и два протона вылетали с одного и того же направления. Новый эксперимент показал, что два протона были выброшены вместе, а затем распались на два отдельных протона через миллиардную долю секунды.

Подобно RIKEN в Японии и в ОИЯИ в Дубне в России, при производстве 5 He путем столкновения пучка ядер 6 He с мишенью из криогенного водорода было обнаружено , что ядра 6 He могут отдавать свои четыре нейтрона. водород; таким образом, остаются два протона, которые могут быть выброшены из мишени одновременно в форме 2 He, который быстро распадается на два протона. Аналогичная реакция наблюдалась и при столкновении ядер 8 He с водородом.

Гелий-3 как ядерное топливо[]

Реакция 3Не + D → 4Не + p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → 4Не + n. К этим преимуществам относятся:

На порядки более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора;
Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии;
Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности;
При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.

К недостаткам гелий-дейтериевой реакции следует отнести значительно более высокий температурный порог. Необходимо достигнуть миллиард градусов, чтобы она могла начаться.

В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников, а создаётся искусственно, при распаде трития. Последний производился для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах.

Планы добычи гелия-3 на Луне

Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце. На Земле его добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов за год.

Другое дело — Луна, у которой нет атмосферы. В результате чего ценного вещества там находится до 10 млн тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн), в то время как на Земле его запасы оцениваются в 500—1000 килограмм.

При термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн т. нефти (однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции). Как сообщил президент РКК «Энергия» Н. Н. Севастьянов, «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа — гелия-3»

Логотип «Викиновостей» Викиновости по теме:Российская база на Луне

Исходя из чего, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 должно хватить как минимум на ближайшее тысячелетие. Основной проблемой остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Как упомянуто выше, содержание гелия-3 в реголите составляет ~1 г на 100 т. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать не менее 100 млн тонн грунта.

Продажная цена на гелий-3 компании Спектра (Spectra) составляет $825 за 5 литров,
что в пересчёте на граммы, означает приблизительно $1200 за грамм ($1,2 млрд за тонну, хотя на данный момент вряд ли возможна продажа такого количества по данной цене).

Критика планов добычи гелия-3 на Луне

В то же время критики планов добычи гелия-3 на Луне, не оспаривая его достоинства как термоядерного топлива, отмечают следующие обстоятельства:

  • Себестоимость производства гелия-3 с помощью синтеза на ядерных реакторах деления (через тритий) намного ниже космической;
  • Существующие методы вывода тяжёлых грузов на орбиту недостаточно надёжны и экологически небезопасны, что может привести к сильному разрушению озонового слоя и загрязнению атмосферы и земной поверхности остатками ракетного топлива и продуктами его сгорания, а также отработанными ракетными ступенями и потерпевшими аварию головными частями;
  • Реализация длительной, крайне дорогостоящей и плохо поддающейся аудиту лунной программы может привести к неоправданному перерасходу и даже расхищению огромных денежных средств.

Вместо этого ряд специалистов предлагает разработать программу дешёвого и эффективного производства необходимого объёма гелия-3 из широко распространённого в природе лития-6 на существующих атомных электростанциях.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Центр образования
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: