Logo-b

ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ ВИДЕОРОЛИКИ — смотрите их на сайте или посетите НАШ ВИДЕОКАНАЛ

КАКОЕ ЖИВОТНОЕ НА ЗЕМЛЕ САМОЕ УМНОЕ? КРУПНЕЙШИЕ ГОРОДА ПЛАНЕТЫ НА 2017 ГОД САМЫЕ НЕОБЫЧНЫЕ НАЦИОНАЛЬНЫЕ КОСТЮМЫ

Гелий-3 на Луне – будущее земной энергетики? ЭНЕРГЕТИКА

В течение 2017 года все четыре ведущие космические державы мира (Россия, США, Китай и Индия) заявили о намерениях наладить добычу изотопа гелий-3 на Луне. Как известно, это – наиболее перспективный материал для получения энергии в термоядерных реакторах, массовое внедрение которых может произойти уже в 2040-х годах.

 

Не исключено, что в ближайшие годы мы станем свидетелями Лунной гонки-2, победитель (или победители) которой получит в свои руки практически неисчерпаемый источник энергии. Это в свою очередь, позволит человечеству выйти на качественно новый технологический уклад, о параметрах которого мы можем только догадываться.

Возможно, примерно так будет выглядеть рабочий поселок шахтеров-добытчиков гелия-3 на Луне

Возможно, примерно так будет выглядеть рабочий поселок шахтеров-добытчиков гелия-3 на Луне

Что такое гелий-3?

Из школьного курса физики мы помним, что атомная масса гелия равняется четырем и этот элемент является инертным газом. Его проблематично использовать в каких-либо химических реакциях, тем более с выделением энергии. Совсем другое дело - изотоп гелия с атомной массой 3. Он способен входить в термоядерную реакцию с дейтерием (изотопом водорода с атомной массой 2) в результате чего образуется гигантская энергия за счет синтеза обычного гелия-4 с выделением протона (3Не + D → 4Не + p + энергия). Подобным образом из всего одного грамма гелия-3 можно получить такую же энергию, как при сжигании 15-ти тонн нефти.

Так происходит термоядерная реакция с участием гелия-3 и дейтерия

Так происходит термоядерная реакция с участием гелия-3 и дейтерия

Тонны гелия-3 хватит для энерговыделения на уровне 10 ГВт в течение года. Таким образом, чтобы закрыть все сегодняшние энергопотребности России, ежегодно понадобится 20 тонн гелия-3, а для всего человечества потребуется примерно 200 тонн данного изотопа в год. При этом отпадет необходимость жечь нефть и газ, запасы которых не безграничны, по последним оценкам разведанных запасов углеводородов - человечеству хватит всего на полвека. Не нужно будет эксплуатировать и достаточно опасные АЭС, что после Чернобыля и Фукусимы приобрело особую актуальность.

Несмотря на вновь открываемые месторождения углеводородов, большинству стран их хватит всего лишь на полвека

Несмотря на вновь открываемые месторождения углеводородов, большинству стран их хватит всего лишь на полвека

Где взять гелий-3?

При современном развитии технологий единственным реально доступным источником этого элемента является поверхность Луны. Сам по себе гелий-3 образуется в недрах звезд (например, нашего Солнца) в результате соединения двух атомов водорода. При этом основным продуктом данной реакции является обычный гелий-4, а изотоп-3 образуется в малых количествах. Часть его выносится солнечным ветром и равномерно распределяется по планетной системе.

На Землю гелий-3 практически не выпадает, поскольку его атомы отклоняются магнитным полем нашей планеты.

Зато на планетах, у которых такое поле отсутствует, элемент осаждается в верхних слоях грунта и постепенно накапливается. Ближайшим к Земле небесным телом, у которого отсутствует магнитное поле, является Луна, поэтому именно здесь сосредоточены доступные человечеству запасы этого ценного энергоносителя.

Еще в 1994 г. учеными была составлена карта прогнозных запасов гелия-3 в лунном реголите, созданная на основе исследований, проведенных космическим аппаратом «Клементина»

Еще в 1994 г. учеными была составлена карта прогнозных запасов гелия-3 в лунном реголите, созданная на основе исследований, проведенных космическим аппаратом «Клементина»

Подтверждением тому служат не только теоретические выкладки, но и результаты эмпирических исследований. Во всех пробах лунного грунта, доставленных на Землю, был обнаружен гелий-3 в относительно высоких концентрациях. В среднем - на 100 тонн реголита приходится 1 гр. данного энергоизотопа.

Таким образом, чтобы извлечь вышеупомянутые 20 тонн гелия-3 для полного удовлетворения годовых энергопотребностей РФ, понадобится «перелопатить» 2 000 млн. тонн лунного грунта.

Физически это соответствует участку на Луне размерами 20х20 км с глубиной карьера 3 м. Задача по организации столь масштабной добычи - достаточно сложная, но вполне решаемая, уверены современные инженеры. Судя по всему, более трудной и дорогостоящей проблемой станет доставка десятков тонн топлива для теромоядерных печей на Землю.

Для добычи гелия-3 понадобится не только его получить, но и доставить на Землю

Для добычи гелия-3 понадобится не только его получить, но и доставить на Землю

Чего не хватает человечеству для гелиевой энергореволюции?

Для развития на Земле полноценной термоядерной энергетики на базе гелия-3 людям предстоит решить три основных задачи.

1. Создание надежных и мощных средств доставки грузов по маршруту Земля-Луна и обратно.

2. Возведение лунных баз и комплексов по добыче гелия-3, которое сопряжено с множеством технологических проблем.

3. Строительство собственно термоядерных электростанций на Земле, для чего также предстоит преодолеть определенные технологические барьеры.

К решению первой задачи человечество придвинулось практически вплотную. Все четыре страны, участвующие в Лунной гонке-2 плюс Европейский Союз, уже разработали или разрабатывают ракеты тяжелого класса, способны забрасывать тонны груза на лунную орбиту. Например, к 2027 г. в России запланирована реализация «в железе» ракеты-носителя «Ангара-А5В», которая будет способна доставить к Луне не менее 10 тонн полезного груза. С обратной транспортировкой будет попроще, поскольку сила притяжения Луны в 6 раз меньше земной, но здесь проблемой будет топливо. Его придется либо завозить с Земли, либо вырабатывать на поверхности нашего спутника.

Наиболее перспективной «лунной» ракетой России является «Ангара» в модификации А5В, а у американцев – «Falcon Heavy», которая, правда еще  только разрабатывается

Наиболее перспективной «лунной» ракетой России является «Ангара» в модификации А5В, а у американцев – «Falcon Heavy», которая, правда еще  только разрабатывается

Гораздо более серьезной является вторая задача, поскольку помимо организации собственно добычи гелия-3 из реголита инженерам придется создать надежные лунные базы с системами жизнеобеспечения для шахтеров будущего. В этом сильно помогут технологии, наработанные благодаря многолетней эксплуатации орбитальных станций, прежде всего МКС и «Мир». Как в России, так и в других странах сегодня активно проектируются лунные базы и, пожалуй, наша страна на сегодня имеет максимум технологий для реального воплощения подобных проектов.

В Америке уже разработан эскизный проект передвижной установки по добыче гелия-3

В Америке уже разработан эскизный проект передвижной установки по добыче гелия-3

Что касается третьей проблемы, то работы по созданию термоядерных реакторов идут на Земле последние три десятилетия. Основной технологической трудностью здесь является проблема удержания высокотемпературной плазмы (необходимой для «розжига» термоядерного синтеза) в т.н. «магнитных ловушках».

Этот вопрос уже решен для реакторов, работающих на принципе соединения дейтерия и трития (D + T = 4He + n + энергия). Для поддержания такой реакции достаточно температуры в 100 млн. градусов.

Однако подобные реакторы никогда не станут массовыми, поскольку они чрезвычайно радиоактивны. Для запуска реакции с участием гелия-3 и дейтерия понадобятся температуры в 300-700 млн. градусов. Пока такую плазму не удается длительно удерживать в магнитных ловушках, но возможно к прорыву в этой области приведет запуск Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER), который сейчас строится во Франции и будет введен в эксплуатацию к 2025 г.

Плазма в международном реакторе ΙΤΕR будет разогреваться до 150 млн. градусов, чего достаточно для соединения дейтерия с тритием, для работы с гелием-3 понадобятся, как минимум, в 2 раза большие показатели

Плазма в международном реакторе ΙΤΕR будет разогреваться до 150 млн. градусов, чего достаточно для соединения дейтерия с тритием, для работы с гелием-3 понадобятся, как минимум, в 2 раза большие показатели

Таким образом, десятилетие между 2030-2040 гг. имеет все шансы оказаться стартовым в деле развития энергетики на базе гелия-3, поскольку к этому времени, судя по всему, будут преодолены технологические препятствия, указанные выше. Соответственно, останется найти деньги на реализацию энергопроекта, который способен перевести человечество в эру чрезвычайно дешевой (почти дармовой) энергии со всеми вытекающими последствиями, как для экономики, так и качества жизни каждого человека.

Добавить комментарий

Комментарии неавторизованных пользователей появляются не сразу, т.к. проходят модерацию. Чтобы публиковать посты мгновенно и полноценно участвовать в обсуждении - АВТОРИЗИРУЙТЕСЬ ЧЕРЕЗ УДОБНУЮ ДЛЯ ВАС СОЦИАЛЬНУЮ СЕТЬ, нажав соответствующую кнопку