Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая. Китайские ученые рассматривают возможность полного обеспечения национальной экономики собственной энергией за счет добычи на Луне изотопа гелия-3 и его использования на Земле в качестве топлива для нового поколения термоядерных реакторов. Гелий-3 очень важен, поскольку он является многообещающим кандидатом на роль топлива для ядерного синтеза.
На Луне редчайший Гелий-3, и человечество мечтает его добывать. Как и зачем
И хотя, наверное, все планеты солнечной системы содержат радиогенный образовавшийся при альфа распаде гелий-4, но только планеты-гиганты обладают значимыми запасами реликтового гелия-3 из космоса. И вероятно лишь тела без сильного магнитного поля могут стать ловушками солнечного ветра. Таким образом, выбор стоит между получением солнечного или реликтового изотопов гелия-3. Однако то, что планеты гиганты способны удержать реликтовый гелий, делает задачу его добычи там проблематичной из-за высоких космических скоростей, к тому же очень велико еще и расстояние от них до Земли. Вторая космическая скорость для Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — соответственно: 60.
Российские ученые обнаружили на Луне почти 1,5 млн тонн гелия-3, которого нет на Земле 12:18, 10 марта 2023 г. Наука Экология больше всего гелия содержится в минерале ильменит. Оказалось, в лунных недрах находится 1,5 миллиона тонн гелия-3, которого нет на Земле, передал RT.
Исследователи наблюдали и изучали 50-миллиграммовый образец лунного грунта с помощью оптического микроскопа высокого разрешения. Основной целью исследования является определение содержания гелия-3 в лунном грунте, параметров извлечения гелия-3, которые указывают, при какой температуре мы можем извлекать гелий и как гелий-3 прикрепляется к лунному грунту. Мы проведем систематическое исследование этих аспектов», — сказал Хуан Чжисинь, исследователь, ответственный за использование лунных образцов в Научно-техническом отделе Пекинского научно-исследовательского института геологии урана. Гелий-3 — это газ, который потенциально может быть использован в качестве топлива для будущих термоядерных электростанций, но крайне редко встречается на Земле, хотя в изобилии существует на Луне.
Он известен как единственный стабильный изотоп, в котором протонов больше, чем нейтронов. Что особенно важно, ни гелий-3, ни продукты его реакции не являются радиоактивными, поэтому при его использовании у людей не будет болеть голова о том, как утилизовать отходы. Разумеется, у такого замечательного изотопа есть и свои недостатки: термоядерный реактор с гелием-3 должен работать при гораздо более высоких температурах, чем тритиевый реактор, а сам изотоп чрезвычайно редок. Основной способ добычи гелия-3 сегодня — это ожидание распада трития в ядерных боеголовках, а затем извлечение изотопа из них в очень скромных количествах. Поэтому замечательная находка дарит человечеству прекрасный шанс начать плодотворную добычу ресурсов на Луне.
Космонавтика
Однако синтез может дать и нечто гораздо более ценное, чем золото, - энергию. Ядерные реакции в этом смысле подобны химическим то есть реакциям преобразования молекул : каждое составное вещество, будь то молекула или атомное ядро, характеризуется энергией связи, которую необходимо потратить, чтобы разрушить соединение, и которая высвобождается при его образовании. Когда энергия связи продуктов реакции выше, чем исходных материалов, - реакция идет с выделением энергии, и, если научиться ее забирать в том или ином виде, исходные вещества можно использовать как топливо. Из химических процессов наиболее эффективна в этом смысле, как известно, реакция взаимодействия с кислородом - горение, которая сегодня служит основным и незаменимым источником энергии на электростанциях, на транспорте и в быту еще больше энергии выделяется в ходе реакции фтора, особенно молекулярного, с водородом; однако и сам фтор, и фтористый водород - вещества чрезвычайно агрессивные. Поэтому тонна ядерного топлива заменяет многие миллионы тонн нефти. Однако синтез не зря называется термоядерным: чтобы преодолеть электростатическое отталкивание при сближении двух положительно заряженных атомных ядер, нужно как следует разогнать их, то есть нагреть ядерное топливо до сотен миллионов градусов вспомним, что температура есть мера кинетической энергии частиц. По сути, при таких температурах мы имеем дело уже не с газами или жидкостями, а с четвертым состоянием вещества - плазмой, в которой нет нейтральных атомов, а есть только электроны и ионы. В природе подобные условия, подходящие для синтеза, существуют лишь в недрах звезд.
Солнце своей энергией обязано так называемому гелиевому циклу реакций: синтезу ядра гелия-4 из протонов. В звездах-гигантах и при взрывах сверхновых рождаются и более тяжелые элементы, формируя, таким образом, все разнообразие элементов во Вселенной. Правда, считается, что часть гелия могла образоваться и непосредственно при рождении Вселенной, во время Большого взрыва. Солнце в этом смысле не самый эффективный генератор, потому что оно горит долго и медленно: процесс тормозит первая и самая медленная реакция синтеза дейтерия из двух протонов. Все следующие реакции идут гораздо быстрее и немедленно пожирают доступный дейтерий, в несколько этапов перерабатывая его в ядра гелия. В результате, даже если предположить, что в синтезе участвует только одна сотая солнечного вещества, находящаяся в его ядре, энерговыделение составляет всего лишь 0,02 ватта на килограмм. 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.
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. Транспортировкой гелия-3 могут заняться SpaceX или бывшая компания Мейерсона Blue Origin, которая разрабатывает многоразовые лунные посадочные модули и системы транспортировки между лунной орбитой и Землёй. Ключевая технология Interlune — это процесс добычи газа на Луне. Компании, вероятно, придётся переработать от десятков до сотен тонн лунного реголита для производства одного грамма гелия-3. Для этого Interlune разработала некое устройство, подобности о котором не разглашаются. Мейерсон называет его «энергоэффективным процессором». Венчурная компания Seven Seven Six возглавила последний раунд сбора средств для Interlune.
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. Необходимо достигнуть температуры приблизительно в 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. Дополнен 12 лет назад На Земле его добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов за год. Другое дело — Луна, у которой нет атмосферы.
Существуют концепты и надувных модулей еще в 1954 году идею озвучил фантаст Артур Кларк. Проект носит название Moon Village. Его участники описывают базу, состоящую из надувных блоков, в которых разместятся рабочие зоны, жилье, лаборатории, производство и так далее. Модули предлагают защитить панцирями, созданными роботами по принципу 3D-печати как раз из лунной породы. Тем не менее специалисты лелеют концепцию получения всего необходимого именно in situ лат. А еще остаются воздух и энергия для обеспечения жизни колоний и отправки кораблей. Добыча и использование лунного гелия-3 еще долго будут фантастикой, а из-за длинных ночей солнечные батареи придется размещать в строго отведенных местах небесного тела. Гелий-3 еще считают немного перспективным, но все чаще озвучивается теория, согласно которой эффективнее будет добывать воду — она также понадобится для выпуска топлива непосредственно на Луне для полетов еще дальше. Так художник представляет грузовой транспорт для перевозки лунного грунта. На самом деле, чтобы добыть достаточное количество гелия-3, придется перелопатить не один миллион тонн местного «чернозема», и лопатами тут не обойтись. Фото: adamburnart. Критики покачали головами: «Кто будет контролировать добычу, заработает миллиарды! Да и лунного гелия-3 тоже нет. Наверное, потому, что технологии его добычи не существует, неизвестно, как получить от него отдачу, нет и подходящих реакторов.
Индия хочет обеспечить Землю дешевой энергией, полученной из лунного гелия-3
Добыча гелия-3 на Луне может стать решающим фактором в развитии термоядерной энергетики. пишет Times, со ссылкой на китайского ученого. "Ученые посчитали, что 1 тонна гелия-3 в термоядерном реакторе даст столько энергии, сколько сжигание 15 миллионов тонн нефти. Американский стартап Interlune предложил первый в своем роде проект по коммерческой добыче вещества под названием гелий-3 на Луне и отправке его на Землю. Interlune планирует продемонстрировать добычу гелия-3 на Луне в 2026 году, а первый экскаватор должен заработать в 2028 году.
Коммерческая добыча гелия-3 из лунного грунта: стартап хочет попробовать
Американский стартап Interlune намерен организовать добычу гелия-3 на Луне уже к 2030 году. В привезённых на Землю образцах лунного реголита содержание гелия-3 на тонну составило 0,01 грамма. Избирательное обогащение лунного реголита солнечным гелием в зависимости от минерального состава приводит к неоднородному региональному распределению месторождений изотопов гелия на Луне. В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. Индия, испытывающая нехватку энергоносителей, может начать удовлетворять энергетические потребности благодаря Луне к 2030 году.
Бывший астронавт предлагает добывать гелий-3 на Луне
И наконец, если компания добьется успеха, есть ли уверенность в том, что у нее будет большой и устойчивый рынок для поддержки ее бизнеса? Однако в этом вопросе Мейерсон настроен оптимистично. По его словам, хотя НАСА вложило десятки миллиардов долларов в программу "Артемида" программа, целью которой является возвращение людей на Луну , он убежден, что пришло время воспользоваться этими средствами передвижения и другими ресурсами для создания лунной горнодобывающей компании. По его словам, "есть клиенты, которые уже сегодня хотят их купить".
Масштабный проект, который кажется прибыльным Гелий-3 способен обеспечить неограниченный запас энергии. Один литр оценивается в несколько тысяч долларов. Именно поэтому Министерство энергетики США работает над его переработкой.
Учитывая это, Мейерсон говорит, что в краткосрочной перспективе гелий-3 будет востребован в индустрии сверхпроводящих квантовых вычислений и для медицинской томографии. В более отдаленной перспективе гелий-3 может быть использован в качестве топлива для термоядерных реакторов. Однако различные исследователи задаются вопросом, как компания будет добывать газ из лунного реголита с выгодой для себя.
Вероятно, для получения одного грамма гелия-3 компании придется переработать десятки или даже сотни тонн лунного реголита. Но Мейерсон не переживает.
Затем солнечный ветер разносит эти частицы к разным планетам.
Когда они достигают Земли, большая их часть не может проникнуть сквозь магнитосферу. Однако на Луне атмосферы и магнитного щита нет, так что на ее поверхность постоянно падает множество высокоэнергетических частиц. По предварительным оценкам, на Луне около 1,2 млн тонн гелия-3.
Этот редкий изотоп способен обеспечить потребность в чистой энергии и заложить основу многомиллиардной промышленности. В недавнем пресс-релизе стартап Interlune заявляет , что обладает технологией, позволяющей добывать гелий-3 эффективно и бережно.
Доставку гелия-3 на Землю предполагается начать в 2030 году. По данным издания ArsTechnica, в верхних слоях лунной поверхности содержится примерно 1 млн тонн гелия-3, тогда как производство одного грамма этого ресурса может потребовать переработки сотен тонн реголита.
Гелий-3 может применяться в сверхпроводящих квантовых компьютерах, медицинских исследованиях и термоядерных реакторах.
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. Ветер этот чрезвычайно разрежен, по земным меркам он представляет собой самый настоящий вакуум, и "сачком" его поймать невозможно см. Зато солнечная плазма оседает на поверхности небесных тел, не имеющих магнитосферы и атмосферы, например на Луне, и, значит, можно опустошить какую-нибудь природную ловушку, исправно пополнявшуюся последние четыре миллиарда лет. В результате плазменной бомбардировки на Луну за это время выпало несколько сотен миллионов тонн гелия-3. Если бы весь солнечный ветер оставался на поверхности Луны, то кроме 5 граммов гелия-3 на каждом квадратном метре поверхности оказалось бы в среднем еще 100 килограммов водорода и 16 - гелия-4. Из этого количества можно было бы создать вполне приличную атмосферу, лишь немногим более разреженную, чем марсианская, или океан жидкого газа двухметровой глубины! Однако ничего подобного на Луне нет, и лишь очень малая доля ионов солнечного ветра навсегда остается в верхнем слое лунного грунта - реголите. А всего на Луне около миллиона тонн этого изотопа, по земным меркам очень много.
При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива хватило бы на 10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива газа, нефти, угля на Земле. Тем не менее с технической точки зрения процесс добычи довольно прост и в подробностях разработан энтузиастами колонизации Луны см. Чтобы обеспечить современную годовую потребность Земли в энергии, необходимо завезти с Луны всего лишь около 100 тонн гелия-3. Именно это количество, соответствующее трем-четырем рейсам космических челноков - шаттлов, и завораживает своей доступностью. Однако сначала надо перекопать около миллиарда тонн лунного грунта - не такое уж большое количество по меркам горной промышленности: например, угля за год в мире добывают два миллиарда тонн в России - около 300 миллионов тонн.
Пациент Neuralink играет в шахматы мыслью, Добыча ГЕЛИЯ-3 на ЛУНЕ, Новое обновление робота H1
Организация специализируется на выпуске сверхзвуковых крылатых ракет. Об этом сообщила «Свободная пресса». Гелий-3 будет новым энергоносителем будущего», — заявил Пиллаи. Реклама По его словам, Индия является одной из четырех стран, которые овладели необходимыми для этого технологиями.
Китай возвращает на Землю крошечный образец минерала, который может сыграть решающую роль в гонке за мировое господство: он содержит гелий-3 и перспективу практически неограниченной энергии.
Поделиться Китайская миссия «Чанъэ-5» вынесен на свет новый минерал на лунной поверхности. Ученые называют его «Чангезит- Y », и это своего рода бесцветный кристалл с важной характеристикой: он содержит гелий-3. Это изотоп, который может стать топливом для будущих термоядерных реакторов и многих других. Полученный кристаллический минерал, честно говоря, действительно крошечный.
Это примерно десятая часть человеческого волоса. Тем не менее, эта очень маленькая выборка возможности сбора данных нынешними марсоходами являются такими, какие они есть представляет огромный интерес для лунных геологов. Гелий-3 действительно может изменить мир. Китайская миссия «Чанъэ-5» Changesite, Helium-3 и будущие разработки О том, что на нашей Луне есть залежи гелия-3, мы знали уже давно: еще со времен программы «Аполлон».
И с тех пор ученые усердно работали над тем, чтобы понять, как доставить его на Землю, поскольку это дало бы огромные преимущества с точки зрения энергии.
Какие именно сокровища таит в своих недрах Луна и насколько реальна их добыча? Особенно те, которые могут служить источниками энергии. Нефти, угля и природного газа на Луне нет, но зато есть гелий-3, а это почти идеальное топливо для термоядерных реакторов.
Его запасы на Луне, по разным оценкам ученых, составляют от 1 до 10 млн тонн. В США уже подсчитали, что эти ресурсы могут обеспечить землян энергией на 5000 лет вперед! На нашей планете изотоп гелий-3 добывают всего по несколько десятков граммов в год. Но вот добыть гелий из внеземной почвы — очень сложная и пока невыполнимая задача.
Чтобы его получить из реголита, потребуется просеять огромное количество грунта. Это все равно что пытаться добыть золото из соленой морской воды. Однако американцы не отказываются от этой фантастической идеи. Потому что, по расчетам ученых, это хотя и очень дорого, но и очень выгодно.
Такие расчеты в 2012 году сделал доктор физико-математических наук, заведующий отделом исследований Луны и планет Государственного астрономического института МГУ им. Ломоносова Владислав Шевченко.
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. Транспортировкой гелия-3 могут заняться SpaceX или бывшая компания Мейерсона Blue Origin , которая разрабатывает многоразовые лунные посадочные модули и системы транспортировки между лунной орбитой и Землёй.
На Луну спешим летим!:-) ГЕЛИЙ-3 забрать хотим!:-)
Имеющиеся на Луне запасы гелия-3 могут обеспечить землян энергией на пять тысяч лет вперед, заявил в среду на мультимедийной лекции в РИА Новости доктор физико-математических наук. В последние годы возник интерес к добыче гелия-3 на Луне в связи с исследованиями потенциала использования этого изотопа в ядерной энергетике. 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.
Новые сверхдержавы родятся на Луне
| Вы точно человек? | В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. |
| Топливо будущего: где и зачем добывают гелий-3 | Образование гелия-3: гелий формируется на Солнце, космическое излучение превращает гелий в гелий-3, атмосфера Земли и ее магнитное поле отбрасывают гелий-3, гелий-3 концентрируется на Луне. |