Цей ізотоп планується видобувати на Місяці для потреб термоядерної енергетики. Однак це справа далекого майбутнього. Проте гелій-3 надзвичайно затребуваний вже сьогодні - зокрема, в медицині.

Володимир Тесленко

Загальна кількість гелію-3 в атмосфері Землі оцінюється всього лише в 35 000 т. Його надходження з мантії в атмосферу (через вулкани і розломи в корі) складає кілька кілограмів на рік. У місячному реголіті гелій-3 поступово накопичувався протягом сотень мільйонів років опромінення сонячним вітром. В результаті тонна місячного грунту містить 0,01 г гелію-3 і 28 г гелію-4; це ізотопне співвідношення (~ 0,04%) значно вище, ніж в земній атмосфері.

Амбітні плани видобутку гелію-3 на Місяці, на повному серйозі розглядаються не тільки космічними лідерами (Росія і США), а й новачками (Китай і Індія), пов'язані з надіями, які покладають на цей ізотоп енергетики. Ядерна реакція 3Не + D → 4Не + p має ряд переваг в порівнянні з найбільш досяжною в земних умовах дейтериево-тритиевой реакцією T + D → 4Не + n.

До цих переваг відноситься в десятки разів нижчий потік нейтронів із зони реакції, що різко зменшує наведену радіоактивність і деградацію конструкційних матеріалів реактора. Крім того, один з продуктів реакції - протони - на відміну від нейтронів, легко вловлюються і можуть бути використані для додаткової генерації електроенергії. При цьому і гелій-3, і дейтерій неактивні, їх зберігання не вимагає особливих запобіжних заходів, а при аварії реактора з розгерметизацією активної зони радіоактивність викиду близька до нуля. Є у гелій-дейтерієвої реакції і серйозний недолік - значно більш високий температурний поріг (для початку реакції потрібна температура близько мільярда градусів).

Хоча все це справа майбутнього, гелій-3 надзвичайно затребуваний і зараз. Правда, не для енергетики, а для ядерної фізики, кріогенної промисловості та медицини.

Магнітно-резонансна томографія

З моменту своєї появи в медицині магнітно-резонансна томографія (МРТ) стала одним з основних діагностичних методів, що дозволяють без будь-якої шкоди заглянути «всередину» різних органів.

Приблизно 70% маси людського тіла припадає на водень, ядро \u200b\u200bякого, протон, володіє певним спіном і пов'язаним з ним магнітним моментом. Якщо помістити протон у зовнішнє постійне магнітне поле, спин і магнітний момент орієнтуються або уздовж поля, або назустріч, причому енергія протона в першому випадку буде менше, ніж у другому. Протон можна перевести з першого стану в друге, передавши йому строго певну енергію, що дорівнює різниці між цими енергетичними рівнями, - наприклад, опромінюючи його квантами електромагнітного поля з певною частотою.

Як намагнітити гелій-3

Найпростішим і самим прямим способом намагнітити гелій-3 є його охолодження в сильному магнітному полі. Однак ефективність цього методу досить низька, до того ж він вимагає сильних магнітних полів і низьких температур. Тому на практиці застосовують метод оптичного накачування - передачі атомам гелію спина від поляризованих фотонів накачування. У випадку з гелієм-3 це відбувається в два етапи - оптичне накачування в метастабільних станів і спіновий обмін між атомами гелію в основному і метастабільних станів. Технічно це реалізується шляхом опромінення лазерним випромінюванням з круговою поляризацією осередки з гелієм-3, перекладеного в метастабільний стан слабким високочастотним електричним розрядом, в присутності слабкого магнітного поля. Поляризований гелій можна зберігати в посудині з внутрішнім покриттям з цезію при тиску 10 атмосфер протягом близько 100 годин.

Саме так і влаштований МР-томограф, тільки виявляє він не окремі протони. Якщо помістити зразок, який містить велику кількість протонів в потужне магнітне поле, то кількості протонів з магнітним моментом, спрямованим уздовж і назустріч полю, виявляться приблизно рівними. Якщо почати опромінювати цей зразок електромагнітним випромінюванням строго певної частоти, всі протони з магнітним моментом (і спіном) «уздовж поля» перекинуться, зайнявши становище «назустріч полю». При цьому відбувається резонансне поглинання енергії, а під час процесу повернення до вихідного стану, званому релаксацією, - переизлучение отриманої енергії, яке можна виявити. Це явище і називається ядерним магнітним резонансом, ЯМР. Середня поляризація речовини, від якої залежить корисний сигнал при ЯМР, прямо пропорційна напруженості зовнішнього магнітного поля. Щоб отримати сигнал, який можна виявити і відокремити від шумів, потрібно надпровідний магніт - тільки йому під силу створити магнітне поле з індукцією порядку 1-3 Тл.

магнітний газ

МР-томограф «бачить» скупчення протонів, тому відмінно підходить для вивчення та діагностики м'яких тканин і органів, що містять великі кількості водню (в основному у вигляді води), а також дає можливість розрізняти магнітні властивості молекул. Таким способом можна, скажімо, відрізнити артеріальну кров, що містить гемоглобін (основний переносник кисню в крові), від венозної, що містить парамагнітний дезоксигемоглобін, - саме на цьому заснована фМРТ (функціональна МРТ), що дозволяє відстежувати активність нейронів головного мозку.

Але, на жаль, така чудова методика, як МРТ, абсолютно не пристосована для вивчення заповнених повітрям легенів (навіть якщо наповнити їх воднем, сигнал від газоподібного середовища з низькою щільністю буде дуже слабкий на тлі шумів). Та й м'які тканини легенів не дуже добре видно за допомогою МРТ, оскільки вони «пористі» і містять мало водню.

Чи можна обійти це обмеження? Можна, якщо використовувати «намагнічений» газ - в цьому випадку середня поляризація буде визначатися не зовнішнім полем, тому що все (або майже все) магнітні моменти будуть орієнтовані в одному напрямку. І це зовсім не фантастика: в 1966 році французький фізик Альфред Кастлер отримав Нобелівську премію з формулюванням «За відкриття і розробку оптичних методів дослідження резонансів Герца в атомах». Він займався питаннями оптичної поляризації спінових систем - тобто якраз «намагнічуванням» газів (зокрема, гелію-3) за допомогою оптичного накачування при резонансному поглинанні фотонів з круговою поляризацією.

Ядерний магнітний резонанс використовує магнітні властивості ядер водню - протонів. Без зовнішнього магнітного поля магнітні моменти протонів орієнтовані довільно (як на першому зображенні). При накладенні потужного магнітного поля магнітні моменти протонів орієнтуються паралельно полю - або «уздовж», або «назустріч». Два цих положення мають різну енергію (2). Радіочастотний імпульс з резонансною частотою, що відповідає різниці енергій, «перевертає» магнітні моменти протонів «назустріч» полю (3). Після закінчення радіочастотного імпульсу відбувається зворотний «переворот», і протони випромінюють на резонансній частоті. Цей сигнал приймається радіочастотної системою томографа і використовуються комп'ютером для побудови зображення (4).

дихайте глибше

Піонерами використання поляризованих газів в медицині стала група дослідників з Прінстона і Нью-йоркського університету в Стоні-Брук. У 1994 році вчені опублікували в журналі Nature статтю, в якій вперше було продемонстровано зображення легенів миші, отримане за допомогою МРТ.

Правда, МРТ не зовсім стандартною - методика була заснована на відгук не ядер водню (протонів), а ядер ксенону-129. До того ж газ був не зовсім звичайним, а гіперполярізованним, тобто заздалегідь «намагніченим». Так народився новий метод діагностики, який незабаром почали застосовувати і в людській медицині.

Гіперполярізованний газ (зазвичай в суміші з киснем) потрапляє в найвіддаленіші закутки легких, що дає можливість отримати МРТ-знімок з дозволом на порядок вище кращих рентгенівських знімків. Можна навіть побудувати детальну карту парціального тиску кисню в кожній ділянці легенів і потім зробити висновок про якість кров'яного потоку і дифузії кисню в капілярах. Ця методика дозволяє вивчити характер вентиляції легенів у астматиків і контролювати процес дихання критичних пацієнтів на рівні альвеол.

Як працює МРТ. МР-томограф виявляє скупчення протонів - ядер атомів водню. Тому МР-томографія показує відмінності в змісті водню (в основному води) в різних тканинах. Існують і інші способи відрізняти одну тканину від іншої (скажімо, відмінності в магнітних властивостях), які застосовуються в спеціалізованих дослідженнях.

Переваги МРТ з використанням гіперполярізованних газів цим не обмежуються. Оскільки газ гіперполярізован, рівень корисного сигналу виявляється значно вище (приблизно в 10000 разів). Це означає, що відпадає необхідність в надсильних магнітних полях, і призводить до конструкції так званих слабопольних МР-томографів - вони дешевші, мобільніше і набагато просторіше. У таких установках використовуються електромагніти, що створюють поле порядку 0,005 Тл, що в сотні разів слабкіше стандартних МР-томографів.

маленьке перешкода

Хоча перші експерименти в цій області проводилися з гіперполярізованним ксеноном-129, незабаром його замінив гелій-3. Він нешкідливий, дозволяє отримувати більш чіткі зображення, ніж ксенон-129, має в три рази більший магнітний момент, що обумовлює більш сильний сигнал в ЯМР. Крім того, збагачення ксенону-129 через близькість маси з іншими ізотопами ксенону - дорогий процес, та й досяжна поляризація газу істотно нижче, ніж у гелію-3. До того ж ксенон-129 має седативний ефект.

Але якщо слабопольние томографи прості і дешеві, чому ж метод МРТ з гіперполярізованним гелієм не використовується зараз в кожній поліклініці? Є одна перешкода. Але зате яке!

Спадщина холодної війни

Єдиний спосіб отримання гелію-3 - розпад тритію. Велика частина запасів 3He зобов'язана своїм походженням розпаду тритію, виробленого під час ядерної гонки озброєнь в період холодної війни. У США до 2003 року було накопичено приблизно 260 000 л «сирого» (неочищеного) гелію-3, а до 2010 року залишилося тільки 12000 л незадействованного газу. У зв'язку зі зростанням попиту на цей дефіцитний газ в 2007 році навіть було відновлено виробництво обмежених кількостей тритію, і до 2015 року планується додатково отримувати по 8000 л гелію-3 щорічно. При цьому річний попит на нього вже зараз складає не менше 40 000 л (з них тільки 5% використовується в медицині). У квітні 2010 року американський Комітет з питань науки і технології США зробив висновок, що нестача гелію-3 призведе до реальних негативних наслідків для багатьох областей. Навіть вчені, що працюють в ядерній галузі США, зазнають труднощів з придбанням гелію-3 із запасів держави.

охолодження змішуванням

Ще одна галузь, яка не може обійтися без гелію-3 - це кріогенна промисловість. Для досягнення наднизьких температур застосовується т.зв. рефрижератор розчинення, який використовує ефект розчинення гелію-3 в гелії-4. При температурі нижче 0.87 До суміш розділяється на дві фази - багату гелієм-3 і гелієм-4. Перехід між цими фазами вимагає енергії, і це дає можливість охолодження до дуже низьких температур - до 0,02 К. Найпростіше такий пристрій має достатній запас гелію-3, який поступово переміщається через кордон розділу фаз в фазу, багату гелієм-4 з поглинанням енергії . Коли запас гелію-3 закінчиться, пристрій не зможе працювати далі - воно «одноразове».
Саме такий спосіб охолодження, зокрема, використовувався в орбітальній обсерваторії Planck Європейського космічного агентства. У завдання «Планка» входила реєстрація анізотропії реліктового випромінювання (з температурою близько 2,7 К) з високою роздільною здатністю за допомогою 48 Болометрична детекторів HFI (High Frequency Instrument), охолоджуваних до 0,1 К. До того, як запас гелію-3 в системі охолодження був вичерпаний, «Планк» встиг зробити 5 знімків неба в мікрохвильовому діапазоні.

Аукціонна ціна гелію-3 коливається в районі $ 2000 за літр, причому ніяких тенденцій до зниження не спостерігається. Дефіцит цього газу обумовлений тим, що основна частина гелію-3 використовується для виготовлення нейтронних детекторів, які застосовуються в пристроях для виявлення ядерних матеріалів. Такі детектори реєструють нейтрони по реакції (n, p) - захоплення нейтрона і випускання протона. А щоб засікти спроби завезення ядерних матеріалів, таких детекторів потрібно дуже багато - сотні тисяч штук. Саме з цієї причини гелій-3 став фантастично доріг і малодоступний для масової медицини.

Втім, надії є. Правда, покладаються вони не на місячний гелій-3 (його видобуток залишається віддаленою перспективою), а на тритій, що утворюється в важководяних реакторах типу CANDU, які експлуатуються в Канаді, Аргентині, Румунії, Китаї та Південній Кореї.

Гелій 3 - енергія майбутнього

Всі ми знаємо, що нафта у нас не нескінченна, а дослідження довели ще її органічне походження - це значить нафту відноситься до поновлюваних ресурсів. Нафта - горюча масляниста рідина, що є сумішшю вуглеводнів, червоно-коричневого, іноді майже чорного кольору, хоча іноді зустрічається і слабо забарвлена \u200b\u200bв жовто-зелений колір і навіть безбарвна нафту, має специфічний запах, поширена в осадової оболонці Землі; одне з найважливіших корисних копалин. Нафта являє собою суміш близько 1000 індивідуальних речовин, з яких більша частина - рідкі вуглеводні. Нафта займає провідне місце в світовому паливно-енергетичному балансі: частка її в загальному споживанні енергоресурсів становить 48% .Саме тому нафту як джерело енергії, так важлива для людства.

На поточний момент основними джерелами енергії є: ТЕЦ, ТЕС, АЕС.

На графіку чітко видно що лідируючому становищем може похвалитися тільки ТЕЦ, які в якості палива використовують невідновлювані ресурси такі як: нафта (всі види палива одержувані з нафти), вугілля, газ.

На частку ГЕС припадає лише 20%, при цьому навіть якщо в світі почнуть використовувати максимальну кількість річок під ГЕС, сумарна виділяється енергія усіма гідроелектростанціями не здатна буде задовольнити потреби человества.

Атомні електростанції займають лише 17% світового енерговиробництва, використання реакції поділу атома тягне за собою серйозні наслідки у вигляді радіації.

Зараз активно в якості альтернативних сировинних ресурсів використовуються газ, вугілля, торф, енергія ділення атома (атомна енергетика) .Але ми прекрасно розуміємо що вони не здатні замінити повністю нафту як сировини для отримання енергії. Та й запаси того ж природного газу не нескінченні, використовуючи дані альтернативні сировинні ресурси ми лише відстрочимо енергетична криза.

Вчені прекрасно усвідомлюють наступаючу на п'яти проблему, і створюють і вивчають альтернативні джерела енергії. На поточний момент вчені працюють над проектами передбачають використання:

біогазу

біодизельного палива

біоетанолу

вітроенергетики

воднева енергетики

Геотермальна енергії

сонячних елементів

атомної енергетики

Термоядерна енергетика (на основі використання Гелія 3)

Основна частина

Отже, розглянемо кожну альтернативу окремо.

2.1.Біогаз

Біометан - газ, отриманий під час бродіння органічних відходів (біогаз). Найбільш доцільною сферою застосування біогазу є опалення тваринницьких ферм, житлових приміщень і технологічних ділянок. Також біогаз можна використовувати в якості моторного палива. Надлишки отриманого палива можна переробляти в електроенергію за допомогою дизельних генераторів.

Біометан має низьку об'ємну концентрацію енергії. При нормальних умовах теплота згоряння 1 л. биометана становить 33 - 36 кДж.

Біометан має високу детонаційну стійкість, що дозволяє знижувати концентрацію шкідливих речовин у відпрацьованих газах і зменшувати кількість відкладень в двигуні.

Біометан як моторне паливо має застосовуватися в транспортних двигунах або в стислому, або в зрідженому стані. Однак основним стримуючим фактором широко застосування стисненого биометана в якості моторного палива, як і в випадку з стисненим природним газом, є транспортування значної маси паливних балонів.

За кордоном проблеми отримання і використання біогазу приділяють велику увагу. За короткий термін в багатьох країнах світу виникла ціла індустрія з виробництва біогазу: якщо в 1980 р в світі налічувалося близько 8 млн. Установок для отримання біогазу сумарною потужністю 1,7-2 млрд. Куб. м в рік, то в даний час дані показники відповідають продуктивності по біогазу тільки однієї країни - Китаю.

До прімущество біогазу можна віднести:

Отримання енергії без додаткової емісії CO 2.

Закриті системи не пропускають або незначно пропускають запахи.

Поліпшення торгової ситуації та зниження залежності від імпортерів енергії.

Електрика на біогазі можна виробляти 24 години на добу.

Відсутність залежності від вітру / води / електрики.

Поліпшення удобряемості грунту.

2.2 Біодизельне паливо

Біодизель - паливо на основі рослинних або тваринних жирів (масел), а також продуктів їх етерифікації. Застосовується на автотранспорті у вигляді різних сумішей з дизельним паливом.

Екологічні аспекти застосування:

Біодизель, як показали досліди, при попаданні в воду не завдає шкоди рослинам і тваринам. Крім того, він піддається практично повному біологічному розпаду: у грунті або у воді мікроорганізми за 28 днів переробляють 99% біодизеля, що дозволяє говорити про мінімізацію забруднення річок і озер.

До переваг біодизеля можна віднести:

збільшення цетанового числа і здатності, що змазує, що продовжує життя двигуна;

значне зниження шкідливих викидів (включаючи СО, СО2, SO2, дрібні частинки і летючі органічні сполуки);

сприяння очищенню інжекторів, паливних насосів і каналів подачі пального.

недоліки

У холодну пору року необхідно підігрівати паливо йде з паливного бака в паливний насос або застосовувати суміші 20% БІОДИЗЕЛЯ 80% солярки.

2.3.Біоетанол

Біоетанол - це рідке спиртове паливо, пари якого важчий за повітря. Він виробляється з сільськогосподарської продукції, що містить крохмаль або цукор, наприклад, з кукурудзи, зернових або цукрового очерету. На відміну від спирту, з якого виробляються алкогольні напої, паливний етанол не містить води і виробляється укороченою дистиляцією (дві ректифікаційні колони замість п'яти) тому містить метанол і сивушні масла, а також бензин, що робить його непридатним для пиття.

Паливний біоетанол виробляється майже так само, як і звичайний харчовий спирт для виробництва алкогольних напоїв, але є кілька суттєвих відмінностей.

Етанол можна виробляти з будь-якого цукрово-і крахмало-яке містить сировини: цукрового очерету і буряка, картоплі, топінамбура, кукурудзи, пшениці, ячменю, жита і тд.

До прімущество біоетанолу можна віднести:

Етанол має високе октанове число

Біоетанол розкладаємо і не забруднює природні

водні системи

10% етанолу в бензині знижує токсичність вихлопу

знизити викиди СО на 26%, викиди оксидів азоту

на 5%, аерозольних часток на 40%.

Етанол є єдиним відновлюваним

рідким паливом, використання якого в

як добавка до бензину не вимагає зміна

конструкції двигунів

Особливо яскраво виражених недоліків не має.

2.4. вітроенергетика

Вітроенергетика є нерегульованим джерелом енергії. Вироблення вітроелектростанції залежить від сили вітру, фактора, що відрізняється великою мінливістю. Відповідно, видача електроенергії з ветрогененератора в енергосистему відрізняється великою нерівномірністю як в добовому, так і в тижневому, місячному, річному і багаторічному розрізі. З огляду на, що енергосистема сама має неоднорідності енергонавантаження (піки і провали енергоспоживання), регулювати які вітроенергетика, природно, не може, введення значної частки вітроенергетики в енергосистему сприяє її дестабілізації. Зрозуміло, що вітроенергетика вимагає резерву потужності в енергосистемі (наприклад, у вигляді газотурбінних електростанцій), а також механізмів згладжування неоднорідності їх вироблення (у вигляді ГЕС або ГАЕС). Дана особливість вітроенергетики істотно здорожує одержувану від них електроенергію. Енергосистеми з великим небажанням підключають вітрогенератори до енергомереж, що призвело до появи законодавчих актів, зобов'язуючих їх це робити.

Невеликі поодинокі вітроустановки можуть мати проблеми з мережевою інфраструктурою, оскільки вартість лінії електропередач і розподільного пристрою для підключення до енергосистеми можуть виявитися занадто великими.

Великі вітроустановки відчувають значні проблеми з ремонтом, оскільки заміна великої деталі (лопаті, ротора і т.п.) на висоті понад 100 м є складним і дорогим заходом.

переваги:

Екологічно чисто.

Безпечно для людини (немає радіації, відходів).

Основні недоліки:

Низька щільність енергії, що припадає на едініцy площі вітрового колеса; непередбачувані зміни швидкості вітру протягом доби і сезону, що вимагають резервування вітрової станції або акумулювання виробленої енергії; негативний вплив на середовище проживання людини і тварин, на телевізійну зв'язок і шляхи сезонної міграції птахів.

2.5. воднева енергетика

Воднева енергетика - напрямок вироблення і споживання енергії людством, засноване на використання водню в якості засобу для акумулювання, транспортування і споживання енергії людьми, транспортною інфраструктурою і різними виробничими напрямками. Водень обраний як найбільш поширений елемент на поверхні землі і в космосі, теплота згоряння водню найбільш висока, а продуктом згоряння в кисні є вода (яка знову вводиться в обіг водневої енергетики). Існує кілька способів виробництва водню:

З природного газу

Газифікація вугілля:

Електроліз води (* зворотна реакція)

Водень з біомаси

переваги:

екологічна чистота водневого палива.

поновлювані.

надзвичайно високий ККД - 75%, що майже в 2,5 рази вище, ніж у найсучасніших установок, що працюють на нафті і газі.

Є у водню і більш серйозні недоліки. По-перше, у вільному газоподібному стані він в природі не існує, тобто його треба здобувати. По-друге, водень, як газ, досить небезпечний. Його суміш з повітрям спочатку незримо "горить", тобто виділяє тепло, а потім легко детонує від найменшої іскри. Класичний приклад водневого вибуху - чорнобильська аварія, коли в результаті перегріву цирконію і попадання на нього води утворився водень, який потім і здетонував. По-третє, водень потрібно десь зберігати, причому у великих ємностях, оскільки він має низьку щільність. А стискати його можна тільки під дуже високим тиском, приблизно в 300 атмосфер.

2.6. Геотермальна енергія

Виверження вулканів наочно свідчить про величезний спеці всередині планети. Вчені оцінюють температуру ядра Землі в тисячі градусів Цельсія. Ця температура поступово знижується від гарячого внутрішнього ядра, де, як вважають вчені, метали і породи можуть існувати тільки в розплавленому стані, до поверхні Землі. Геотермальна енергія може бути використана двома основними способами - для вироблення електроенергії і для обігріву будинків, установ і промислових підприємств. Для якої з цих цілей вона буде використовуватися, залежить від форми, в якій вона надходить в наше розпорядження. Іноді вода виривається з-під землі у вигляді чистого "сухого пара", тобто пара без домішки водяних крапельок. Цей сухий пар може бути безпосередньо використаний для обертання турбіни і вироблення електроенергії. Конденсаційну воду можна повертати в землю і при її досить хорошій якості - скидати в ближній водойму.

Перетворення термальною енергії океану.

Ідея використання різниці температур океанських вод для виробництва електроенергії виникла близько 100 років тому, а саме в 1981 році. Французький фізик Жак Д, Арсонваль опублікував роботу про сонячної енергії морів. У той час було вже відомо багато про здатність океану приймати і акумулювати теплову енергію. Був відомий і механізм народження океанських течій і основні закономірності освіти температурних перепадів між поверхневими і глибинними шарами води.

Використання перепаду температур можливо за трьома основними напрямками: безпосереднє перетворення на основі термоелементів, перетворення теплоти в механічну енергію в теплових машинах і перетворення в механічну енергію в гідромашинах з використанням різниці щільності теплою і холодної води.

переваги:

вони практично не мають потреби в технічному обслуговуванні.

Одна з переваг геотермальної електростанції полягає в тому, що в порівнянні з електростанцією, що спалює органічне паливо, вона виділяє приблизно в двадцять разів менше вуглекислого газу при виробництві такого ж обсягу електрики, що знижує її вплив на глобальну навколишнє середовище.

Головним достоїнством геотермальної енергії є її практична невичерпність і повна незалежність від умов навколишнього середовища, часу доби і року.

Які проблеми виникають при використанні підземних термальних вод? Головна з них полягає в необхідності зворотного закачування відпрацьованої води в підземний водоносний горизонт. У термальних водах міститься велика кількість солей різних токсичних металів (наприклад, бору, свинцю, цинку, кадмію, миш'яку) і хімічних сполук (аміаку, фенолів), що виключає скидання цих вод у природні водні системи, розташовані на поверхні.

2.7. Сонячні елементи

Принципи роботи сонячних елементів:

сонячні елементи (СЕ) виготовляються з матеріалів, які безпосередньо перетворюють сонячне світло в електрику. Велика частина з комерційно випускаються в даний час СЕ виготовляється з кремнію.

В останні роки розроблені нові типи матеріалів для СЕ. Наприклад, тонкоплівкові СЕ з мідь-індій-діселеніда і з CdTe (телурид кадмію). Ці СЕ останнім часом також комерційно використовуються.

переваги:

Енергія сонця майже нескінченна

екологічно чисто

Безпечно для людини і природи

Недоліки: Сонячна електростанція не працює вночі і недостатньо ефективно працює в ранкових і вечірніх сутінках. При цьому пік електроспоживання припадає саме на вечірні години. Крім того, потужність електростанції може різко і несподівано коливатися через зміни погоди. Через відносно невеликої величини сонячної постійної для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції (наприклад, для електростанції потужністю 1 ГВт це може бути кілька десятків квадратних кілометрів). Незважаючи на екологічну чистоту отримуваної енергії, самі фотоелементи містять отруйні речовини, наприклад, свинець, кадмій, галій, миш'як і т. Д., А їх виробництво споживає масу інших небезпечних речовин. Сучасні фотоелементи мають обмежений термін служби (30-50 років), і масове застосування поставить в найближчий же час складне питання їх утилізації, який теж не має поки прийнятного з екологічної точки зору рішення.

2.8.Атомная енергетика

Ядерна енергія (атомна енергія), внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при ядерних перетвореннях (ядерних реакціях). Використання ядерної енергії засновано на здійсненні ланцюгових реакцій розподілу важких ядер і реакцій термоядерного синтезу - злиття легких ядер; і ті, і інші реакції супроводжуються виділенням енергіі.К наприклад при розподілі одного ядра виділяється близько 200 МеВ. При повному ж розподілі ядер, що знаходяться в 1 г урану, виділяється енергія 2,3 * 104 кВтг. Це еквівалентно енергії, одержуваної при згорянні 3 т вугілля або 2,5 т нафти. Керована реакція поділу ядер використовується в ядерних реакторах.

переваги:

низькі і стійкі (по відношенню до вартості палива) ціни на електроенергію;

середнє вплив на екологічне середовище.

Недоліки атомних станцій:

Опромінене паливо небезпечно, вимагає складних і дорогих заходів по переробці і зберіганню;

Небажаний режим роботи зі змінною потужністю для реакторів, які працюють на теплових нейтронах;

При низькій вірогідності інцидентів, наслідки їх украй важкі

Великі капітальні вкладення, як питомі, на 1 МВт встановленої потужності для блоків потужністю менше 700-800 МВт, так і загальні, необхідні для спорудження станції, її інфраструктури, а також у разі можливої \u200b\u200bліквідації.

Всі вище перераховані альтернативи нафти мають один, але дуже суттєвий недолік, вони НЕ здатні ПОВНІСТЮ замінити нафту як джерело енергії. Лише застосуванням термоядерної енергії може допомогти в даній ситуації.

2.9.Термоядерная енергетика

Термоядерна енергія за участю гелію 3 - це безпечна і якісна енергія.

Термоядерні реакції. Виділення енергії при злитті ядер легких атомів дейтерію, тритію або літію з утворенням гелію відбувається в ході термоядерних реакцій. Ці реакції називаються термоядерними, так як можуть протікати лише при дуже високих температурах. В іншому випадку, сили електричного відштовхування не дозволяють ядрам зблизитися настільки, щоб почали діяти ядерні сили тяжіння. Реакції ядерного синтезу є джерелом зоряної енергії. Ці ж реакції протікають при вибуху водневої бомби. Здійснення керованого термоядерного синтезу на Землі обіцяє людству новий, практично невичерпне джерело енергії. Найбільш перспективна в цьому відношенні реакція злиття дейтерію і тритію.

Якщо використовувати в термоядерному реакторі дейтерію з ізотопом гелію-3 замість застосовуваних матеріалів в ядерній енергетиці. Інтенсивність нейтронного потоку падає в 30 разів - відповідно, можна без праці забезпечити термін служби реактора в 30-40 років (відповідно зменшується кількість виділеної радіації). Після закінчення експлуатації гелиевого реактора високоактивні відходи не утворюються, а радіоактивність елементів конструкції буде так мала, що їх можна поховати буквально на міському звалищі, злегка присипавши землею.

Так в чому ж проблема? Чому ми досі не використовуємо таке вигідне термоядерна паливо?

Перш за все, тому, що на нашій планеті цього ізотопу надзвичайно мало. Народжується він на Сонце, чому іноді називається «сонячним ізотопом». Його загальна маса там перевищує вагу нашої планети. У навколишній простір гелій-3 розноситься сонячним вітром. Магнітне поле Землі відхиляє значну частину цього вітру, а тому гелій-3 становить лише одну трильйонну частина земної атмосфери - приблизно 4000 т. На самій Землі його ще менше - близько 500 кг.

На Місяці цього ізотопу значно більше. Там він вкрапляется в місячний грунт «реголіт», за складом нагадує звичайний шлак. Йдеться про величезні - практично невичерпних запасах!

Аналіз шести зразків грунту, привезених експедиціями «Аполлон», і двох зразків, доставлених радянськими автоматичними станціями «Луна», показав, що в реголіті, що покриває всі моря і плоскогір'я Місяця, міститься до 106 т гелію-3, що забезпечило б потреби земної енергетики , навіть збільшеною в порівнянні із сучасною в кілька разів, на тисячоліття! За сучасними підрахунками, запаси гелію-3 на Місяці на три порядки більше - 109 т.

Крім Місяця, гелій-3 можна знайти в щільних атмосферах планет-гігантів, і, по теоретичних оцінок, запаси його тільки на Юпітері становлять 1020 т, чого вистачило б для енергетики Землі до кінця часів.

Проекти видобутку гелію-3

Реголіт покриває Місяць шаром товщиною в кілька метрів. Реголіт місячних морів багатшими гелієм, ніж реголіт плоскогір'їв. 1 кг гелію-3 міститься приблизно в 100 000 т реголіту.

Отже, для того, щоб добути коштовний ізотоп, необхідно переробити величезну кількість розсипчастого місячного грунту.

З урахуванням всіх особливостей технологія видобутку гелію-3 повинна включати наступні процеси:

1. Видобуток реголіту.

Спеціальні «комбайни» збиратимуть реголіт з поверхневого шару завтовшки близько 2 м і доставляти його на пункти переробки або переробляти безпосередньо в процесі видобутку.

2. Виділення гелію з реголіту.

При нагріванні реголіту до 600 ° С виділяється (десорбується) 75% міститься в реголіті гелію, при нагріванні до 800 ° С - майже весь гелій. Нагрівання пилу пропонується вести в спеціальних печах, фокусуючи сонячне світло або пластмасовими лінзами, або дзеркалами.

3. Доставка на Землю космічними кораблями багаторазового використання.

При видобутку гелію-3 з реголіту витягуються також численні речовини: водень, вода, азот, вуглекислий газ, азот, метан, чадний газ, - які можуть бути корисні для підтримки місячного промислового комплексу.

Проект першого місячного комбайна, призначеного для переробки реголіту і виділення з нього ізотопу гелію-3, був запропонований ще групою Дж.Кульчінскі. В даний час приватні американські компанії розробляють кілька прототипів, які, мабуть, будуть представлені на конкурс після того, як НАСА визначиться з рисами майбутньої експедиції на Місяць.

Зрозуміло, що, крім доставки комбайнів на Місяць, там доведеться звести сховища, населену базу (для обслуговування всього комплексу обладнання), космодром і багато іншого. Вважається, проте, що високі витрати на створення розвиненої інфраструктури на Місяці окупляться сторицею в плані того, що гряде глобальна енергетична криза, коли від традиційних видів енергоносіїв (вугілля, нафта, природний газ) доведеться відмовитися.

Якщо врахувати, що нафта скінчиться через 35-40 років, то у нас достатньо часу, щоб реалізувати подібний проект. І саме та країна, яка зможе його реалізувати, в майбутньому буде лідером, а якщо об'єднати зусилля можна домогтися більшого результату і в більш швидкі терміни.

І так, чому термоядерна енергія? Тому що це:

Великомасштабний джерело енергії з надмірною і доступним скрізь паливом.

Дуже низька глобальний вплив на навколишнє середовище - Ні емісії СО2.

- "Повсякденне дію" електростанції не вимагає транспортування радіоактивних матеріалів.

Електростанція безпечна, без можливості "розплавлення" або "некерованою реакції".

Немає радіоактивних відходів, що не створює проблему для майбутніх поколінь.

Це вигідно: Для виробництва 1 ГВт енергії потрібно приблизно 100 кг дейтерію і 3 тонни природного літію, щоб використовувати протягом цілого року, виробляючи приблизно 7 мільярдів Квт годину

3.Заключеніе

І так, енергія - це важливий ресурс необхідний для комфортного існування людства. А видобуток енергії - одна з головних проблем людства. Зараз активно використовується нафту -як джерело електричної і паливної енергіі.Но вона не нескінченна, і запаси її з кожним роком тільки зменшуються. А поточні розроблені альтернативи - не дозволяють повністю замінити нафту або ж мають серйозні недоліки.

Єдиним на сьогоднішній день джерелом енергії, здатним давати необхідну кількість енергії для всього людства і при цьому не мати серйозні недоліків - є термоядерна енергія на основі використання гелію 3. Технологія отримання енергії з даної реакції трудомістка і вимагає великих вкладень, але одержувана таким чином енергія - екологічно чиста і обчислюється в мільярдах кіловат.

Якщо отримувати дешеву й екологічно чисту енергію, можна максимально замінити нафту, наприклад відмовитися від бензинових двигунів на користь електричних, виробляти тепло з використання електрики і пр.Тем самим нафти - як сировинного ресурсу для хімічного виробництва, вистачить людству ще на довгі століття.

Тому на місяці (яка є основним джерел гелію 3) необхідно створити промисловість. Щоб створити промисловість, потрібно мати план розвитку, а це справа кількох років і чим раніше почати - тим краще. Тому що, якщо доведеться робити це вже в безвихідній ситуації (під час енергетичного кризу - наприклад), терміново, це обернеться зовсім іншими витратами.

А та країна, яка швидше буде розвиватися в цьому напрямку - в майбутньому стане лідером. Т.к за енергією - майбутнє.

4.Спісок використаної літератури

1. http://ru.wikipedia.org/ - всесвітня енциклопедія

2. http://www.zlev.ru/61_59.htm - Журнал «Золотий Лев» № 61-62 - видання російської консервативної думки, Коли скінчиться нафта?

3. http://www.vz.ru/society/2007/11/25/127214.html -погляд / Коли скінчиться нафта

4. http://vz.ru/economy/2007/11/1/121681.html - ПОГЛЯД / Світ кінчається нафта

5. http://bio.fizteh.ru/departments/physchemplasm/topl_element.html -\u003e Альтернатива нафти ?. Факультет молекулярної та біологічної фізики МФТІ. "Фізтех- Портал", "Физтех-центр"

6. http://encycl.accoona.ru/?id\u003d74848 - Ядерна енергія - Інтернет-енциклопедія, тлумачний словник.

7. http://www.vepr.ru/show.html?id\u003d7 -Звідки береться електрику (історія виникнення)

8. http://www.bioenergy.by/mejdu_1.htm -енерго біомаси. Проект ПРООН / ГЕФ BYE / 03 / G31 в Білорусі

9. http://bibliotekar.ru/alterEnergy/37.htm - Переваги і недоліки вітроенергетики. Принципи перетворення вітрової енергії. вітроенергетика

10. http://www.smenergo.ru/hydrogen_enegry/ - Воднева енергетика. Енергія і енергетика.

11. http://works.tarefer.ru/89/100323/index.html Первинні джерела живлення і термоядерна енергія

12. http://tw.org.ua/board/index.php?showtopic\u003d162 -Термоядерная енергія

13. http://www.helium3.ru/main.php?video\u003dyes - Гелій -3, Helium-3

14. http://razrabotka.ucoz.ru/publ/4-1-0-16 - ГЕЛІЙ-ТРИ - ЕНЕРГІЯ МАЙБУТНЬОГО - місячна програма - Каталог статей - Розробка

15. http://www.fp7-bio.ru/presentations/fisheries/bioetanol.pdf/at_download/file - енергія майбутнього

16. http://www.scienmet.net/ - Вітрогенератор, вітроенергетика

17. http://oil-resources.info - паливні ресурси

18.http: //ru.wikipedia.org/wiki/Водородная_енергетіка.

19.http: //www.ruscourier.ru/archive/2593 -вади водню

20. http://www.intersolar.ru/geothermal/pressa/rbsgeo.html - Енергія з глибин - www.intersolar.ru

21.http: //web-japan.org/nipponia/nipponia28/ru/feature/feature09.html - Ніппон No.28 15 березня 2004р.

22. http://www.kti.ru/forum/img/usersf/pic_41.doc - альтернативні джерела енергії

23. http://www.rosnpp.org.ru/aes_preimush.shtml - атомні електростанції

24. http://www.atomstroyexport.ru/nuclear_market/advantage/ - атомна енергія

25. http://solar-battery.narod.ru/termoyad.htm - термоядерна енергія в дії

26.http: //business.km.ru/magazin/view.asp? Id \u003d 7B07CB0288D54DC0AC68C60AF246D693 - Бізнес KM.RU. Майбутнє російської енергетики - за біопаливом і термоядерної енергією

«Ми говоримо зараз про термоядерної енергетики майбутнього і новому екологічному типі палива, яке не можна добути на Землі. Йдеться про промислове освоєння Місяця для видобутку гелію-3 ». Ця заява глави ракетно-космічної корпорації «Енергія» Миколи Севастьянова, якщо і не вразило уяву законослухняних росіян (їм зараз, якраз, напередодні нового опалювального сезону лише з гелієм-3 розбиратися), то вже уяву фахівців і людей зацікавлених не залишило байдужим.

Воно й зрозуміло: при, м'яко кажучи, не блискучому стані справ у вітчизняній аерокосмічної галузі (космічний бюджет Росії в 30 разів менше, ніж в США і в 2 рази менше, ніж в Індії; з 1989 по 2004-й роки ми запустили всього 3 дослідних КА), раптом, ось так, ні більше, ні менше - росіяни будуть добувати гелій-3 на Місяці! Нагадаю, що, теоретично, цей легкий ізотоп гелію здатний вступати в термоядерну реакцію з дейтерієм. Відповідно, термоотрута багато вчених вважають потенційно безмежним джерелом дешевої енергії. Однак проблемка є: гелій-3 становить менше однієї мільйонної частки від загальної кількості гелію на Землі. А ось в місячному грунті цей легкий ізотоп міститься в достатку: за оцінкою академіка Еріка Галімова - близько 500 млн. Тонн ...

Кажуть, свого часу в США перед входом в Діснейленд висів величезний плакат: «Ми і наша країна можемо все, єдине, що нас лімітує, це кордони нашої уяви». Все це було недалеко від істини: швидкий і ефективний атомний проект, фантастично успішна місячна програма, стратегічна оборонна ініціатива (СОІ), украй доконала радянську економіку. ...

По суті, однією з головних функцій держави, особливо в XX столітті, було якраз формулювання перед науковим співтовариством завдань на межі уяви. Це стосується і радянської держави: електрифікація, індустріалізація, створення атомної бомби, перший супутник, поворот рек┘ До речі, і у нас був свій «плакат» перед Діснейлендом - «Ми народжені, щоб казку зробити бувальщиною!»

«Я просто думаю, що є дефіцит в якоїсь великої технологічної задачі, - підкреслив в розмові зі мною доктор фізико-математичних наук, вчений секретар Інституту космічних досліджень РАН Олександр Захаров. - Може бути, через це і виникли останнім часом всі ці розмови про видобуток на Місяці гелію-3 для термоядерної енергетики. Якщо Місяць - джерело корисних копалин, і звідти везти цей гелій-3, а на Землі не вистачає енергіі┘ Все це зрозуміло, звучить дуже красиво. І під це легко, може бути, умовити впливових людей виділити гроші. Я думаю, що це так ».

Але вся справа в тому, що зараз на Землі немає технології - і в найближчі, як мінімум, 50 років не передбачається її появи, - спалювання гелію-3 в термоядерної реакції. Немає навіть ескізного проекту такого реактора. Будується зараз у Франції міжнародний термоядерний реактор ITER проектується на «спалювання» ізотопів водню - дейтерію і тритію. Розрахункова температура «підпалу» термоядерної реакції - 100-200 млн. Градусів. Для використання гелію-3 температура повинна бути на порядок-два вище.

Значить, керівник найбільшої в Росії ракетно-космічної корпорації Микола Севастьянов, вибачте на слові, пудрить нам мізки своїм гелієм-3? Не схоже. Навіщо !?

«Космічна галузь, природно, зацікавлена \u200b\u200bв такому великому і дорогому проекті, - вважає Олександр Захаров. - Але з точки зору його практичного використання, абсолютно очевидно, що це передчасно ».

Щоб реалізувати проект «гелій-3» потрібно створювати спеціальну програму додаткових досліджень Місяця, запускати цілу ескадру космічних апаратів, вирішувати питання з видобутком гелію-3, його переработкой┘ Це розорить країну чистіше всякої СОІ.

«Я не хочу сказати, що Місяць з наукової точки зору повністю закрита - там залишилися і наукові завдання, - підкреслює Олександр Захаров. - Але, як то кажуть, цим треба займатися step by step, не забуваю про інших наукових завданнях. А то ми якось відсахуємось: як тільки американці оголосили про програму пілотованого польоту на Марс - і відразу ми заявляємо, що теж готові цим займатися. Почули про місячні програми - давайте теж цим заніматься┘ У нас немає обдуманої, виваженої, стратегічною національною завдання ».

Ось, знову повернулися до того, з чого почали, - до стратегічної національної задачі. Біда в тому, що на відміну від американців ми лімітовані не так своєю уявою - з цим-то, як показує заяву Миколи Севастьянова, у нас все в порядку. Але ось на програму «гелій-3» (умовно назвемо її так), за найскромнішими розрахунками, буде потрібно 5 млрд. Дол. На п'ять років досліджень.

З чисто наукової точки зору, в проблемі термояда на основі токамака, навіть незважаючи на прийняте рішення про будівництво міжнародного експериментального реактора ITER, намітився певний застій. (Втім, це тема для окремої розмови.) Як мені здається, проблема гелію-3 для деякої частини впливового термоядерного лобі - нова ніша для реанімації та реалізації професійних амбіцій.

Мало того - і це вже зовсім сенсаційна річ, і тільки тому я не почав з неї свою статтю, - як нам повідомив експерт з аерокосмічної галузі, на російський проект видобутку легкого ізотопу гелію на Місяці виделен┘ 1 млрд. Доларів! Гроші ці, нібито, мають американське походження.

Незважаючи на всю хитромудрість подібної комбінації, кінці з кінцями в ній сходяться цілком успішно. Щоб домогтися виділення 104-х млрд. Дол. На оголошену недавно програму створення місячної бази, Національному агентству США з аеронавтики і космічних досліджень треба було показати, що «стратегічні конкуренти» теж не дрімають. Тобто, «російський» мільярд - це, свого роду, накладні витрати NASA ... Звідси і незрозумілий раціональними мотивами сплеск інтересу до видобутку гелію-3 в Росії.

Якщо це дійсно так, то зайвий раз нам усім доведеться переконатися в справедливості формули, надрукованій років десять тому в журналі Physics Today. Ось вона: «Вчені - це не безкорисливі шукачі істини, а скоріше учасники гострої конкурентної боротьби за наукове вплив, переможці якої зривають банк».

Гіпотези, ФАКТИ, міркування

Місячний Гелій-3 - термоядерна пальне майбутнього.

Коментар автора сайту: З активацією американської Місячної космічної програми все частіше доводиться чути про те, що поряд з наявністю води, на Місяці знаходяться величезні запаси ізотопу гелію-3 - палива ядерної енергетики майбутнього. Чи так це, які перспективи це обіцяє людству, чи потрібна взагалі нам досліджувати Місяць і яким чином це можна здійснити - ось лише невеликий перелік питань, відповіді на які Ви дізнаєтеся в цій статті, яка є головою "Гелій-3" з книги академіка РАН Еріка Михайловича Галімова "Задуми і прорахунки: Фундаментальні космічні дослідження в Росії останнього двадцятиліття. Двадцять років безплідних зусиль."

Той факт, що Місяць збагачена гелієм-3, відомий з тих пір, як на Землю було вперше доставлено місячне речовина. У зразках місячного ґрунту, привезених американськими астронавтами в ході експедицій «Аполлон» і доставлених радянськими автоматичними апаратами «Місяць», відносна концентрація ізотопу гелію 3 Чи не (відношення 3 Чи не / 4 Не) виявилася в тисячу разів вище, ніж в земній гелії. Це - результат опромінення незахищеної атмосферою поверхні Місяця корпускулярним випромінюванням Сонця. Протягом мільярдів років в поверхневий пилоподібний шар (реголіт) Місяця впроваджуються атоми елементів, що випускаються Сонцем, найбільше - водень і гелій в ізотопний співвідношенні, притаманному Сонця. Інший факт - що 3 Чи не є ефективним термоядерним пальним - відомий був фізикам ще раніше. Однак ніякого практичного виведення з цих фактів у ті роки не робилося. Земна енергетика забезпечувалася за рахунок швидко розвивається видобутку нафти і газу. Атомна енергетика базувалася на доступному урановій сировині. Керований термоядерний синтез не був здійснений навіть на більш простий реакції дейтерію з тритієм. На Землі гелій-3 в промислових кількостях відсутня.

В кінці 80-х - початку 90-х рр. з'явилися публікації про можливе використання Місяця в якості джерела енергії для Землі. Пропонувалися, наприклад, проекти передачі на Землю зібраної на поверхні Місяця сонячної енергії в формі сфокусованого високочастотного променя. Висловлювалася і ідея видобутку і доставки місячного гелію-3. Ентузіастом цієї ідеї, зокрема, був побував на Місяці американський астронавт Гарольд Шмідт. Він написав серйозну книгу про можливість використання гелію-3.

Закликаючи повернутися до досліджень Місяця, я крім конкретної і актуального завдання дослідження внутрішньої будови Місяця, постійно згадував як завдання, яку потрібно мати на увазі в якості віддаленої перспективи, освоєння ресурсів місячного гелію-3.

Я думаю, що сьогодні ми не передбачаємо в повній мірі того, що дасть нам освоєння Місяця, і тому приступаємо до цього невпевнено, боязко і з затримкою. Мені не раз доводилося писати про те, що дослідження Місяця має велике значення для фундаментальної геології. Реконструкція ранній історії Землі, виникнення на ній атмосфери, океанів і життя, неможлива без вивчення Місяця. Хоча б просто тому, що сліди перших 500-600 млн. Років історії Землі повністю стерті в її геологічному літописі, а на Місяці вони збереглися. І тому що Місяць і Земля представляють генетично єдину систему.

Пройде зовсім небагато часу, за мірками життя людської цивілізації, як копалини природні багатства будуть вичерпані. Серед можливих кандидатур на заміну нафти і газу називають то енергію сонця, то силу вітру, то водень. В останні роки все частіше можна почути про новий порятунок для планети під назвою гелій-3. Що це речовина можна використовувати в якості сировини для електростанцій, додумалися відносно недавно.

Загальні дані про речовину: властивості

У 1934 оду австралійський фізик Марк Оліфант, під час роботи в Кавендішської лабораторії Кембриджського університету в Англії прийшов до чудового відкриття. В ході першої демонстрації ядерного синтезу при бомбардуванні дейтроні мішені, він висунув гіпотезу про існування нового ізотопу хімічного елемента під номером 2. Сьогодні він же відомий як гелій-3.

Він має наступні властивостями:

• Містить два протона, один нейтрон і два електрона;
• Серед усіх відомих елементів він є єдиним стабільним ізотопом, який має більше протонів, ніж нейтронів;
• Кипить при 3,19 за Кельвіном (-269,96 градусів Цельсія). Під час кипіння речовина втрачає половину своєї щільності;
• Момент імпульсу дорівнює ½, що робить його ферміоном;
• Прихована теплота пароутворення становить 0,026 кДж / Моль;

Через п'ять років після відкриття Марка Оліфанта його теоретичні побудови отримали експериментальне підтвердження. А ще через 9 років вченим вдалося отримати з'єднання в рідкому вигляді . Як виявилося, в такому агрегатному стані гелій-3 володіє надтекучого властивостями.

Іншими словами, при температурах, близьких до абсолютного нуля, він здатний проникати крізь капіляри і вузькі щілини, практично не відчуваючи протидії сили тертя.

Видобуток гелію-3 на Місяці

Сонячний вітер протягом мільярдів років завдав в поверхневий шар реголіту гігантську кількість гелію-3. Згідно з оцінками, його кількість на земному супутнику може досягати 10 мільйонів тонн.

Багато космічні держави мають програму видобутку цієї речовини для цілей подальшого термоядерного синтезу:

• У січні 2006 року російська компанія «Енергія» заявила про плани почати геологічні роботи на Місяці до 2020 року. Сьогодні майбутнє проекту знаходиться в підвішеному стані, через важке економічне становище країни;
• У 2008 році Індійська організація космічних досліджень відправила до поверхні земного супутника зонд, однією з цілей якого було заявлено вивчення гелій-містять мінералів;
• Власні види на поклади дорогоцінного сировини має і Китай. Згідно з планами, передбачається відправляти до супутника щорічно три човника. Енергія, вироблена з цього палива, з лишком покриє потреби всього людства.

Поки залишається мрією, яку можна побачити хіба що в науково-фантастичних стрічках. Серед них - «Місяць» (2009) і «Залізне небо» (2012).

В даному відео фізик Борис Романов розповість, в якому вигляді знаходиться речовина гелій-3 на Місяці, чи можливо його звідти імпортувати:

геохімічні дані

Ізотоп також присутній на планеті Земля, хоча і в менших кількостях:

• Це головна складова земної мантії, яка була синтезована ще під час планетообразования. Сукупна її маса в цій частині планети становить, за різними оцінками, від 0,1 до 1 мільйона тонн;
• На поверхню він виходить в результаті діяльності вулканів. Так, сопки Гавайських островів виділяють близько 300 грамів цієї речовини в рік. Серединно-океанічні хребти - близько 3 кілограмів;
• У місцях наїзду однієї плити літосфери на іншу можуть перебувати сотні тисяч тонн гелиевого ізотопу. Витягти це багатство промисловим способом на сучасному етапі технологічного розвитку не представляється можливим;
• Природа продовжує виробництво даного з'єднання до сих пір, в результаті розпаду радіоактивних елементів в корі і мантії;
• У досить невеликих кількостях (до 0,5%) його можна знайти в деяких джерелах природного газу. Як відзначають експерти, щорічно в процесі транспортування природного газу відбувається відділення 26 м 3 гелію-3;
• Також він присутній в земній атмосфері. Питома частка його становить приблизно 7,2 частин на трильйон атомів інших газів атмосфери. Згідно з останніми підрахунками, загальна маса атмосферного 3 2 he досягає мінімум 37 тисяч тонн.

Сучасне використання речовини

Практично весь використовуваний в народному господарстві ізотоп отримують шляхом радіоактивного розпаду тритію, який бомбардують нейтронами літію-6 в ядерному реакторі.

Протягом десятків років гелій-3 був всього-на-всього побічним продуктом при виготовленні боєголовок атомної зброї. Однак після підписання договору СНО-1 в 1991 році наддержави знизили обсяги виготовлення ракет, через що продукти виробництва також пішли на спад.

Сьогодні масштаби виробництва ізотопу знаходяться на підйомі, оскільки йому знайшли нове застосування:

1. Завдяки відносно високому гіромагнітного співвідношенню, частки цієї речовини застосовуються при медичної томографії легенів. Пацієнт вдихає газову суміш, яка містить гіперполярізованние атоми гелію-3. Потім під впливом лазерного випромінювання інфрачервоного діапазону комп'ютер малює анатомічні та функціональні зображення органів;
2. У наукових лабораторіях дане з'єднання використовується в кріогенних цілях. Шляхом його випаровування з поверхні холодильника вдається досягти значень, близьких до 0,2 Кельвіна;
3. В останні роки набирає популярність ідея використання речовини в якості сировини для електростанцій. Перша подібна установка була побудована в 2010 році в долині Теннесі (США).

Гелій-3 як паливо

Другий, переглянутий підхід до використання контрольованої термоядерної енергії передбачає використання в якості сировини 3 2 he і дейтерію. Результатом такої реакції буде іон гелію-4 і високоенергетичні протони.

Теоретично дана технологія має такі переваги:

1. Високий ККД, оскільки для контролю за злиттям іонів використовується електростатичне поле. Кінетична енергія протонів безпосередньо перетворюється в електрику за рахунок твердотільного перетворення. Немає необхідності будувати турбіни, які використовуються в АЕС для перетворення енергії протонів в тепло;
2. Нижчі, в порівнянні з іншими типами електростанцій, капітальні та експлуатаційні витрати;
3. Ні повітря, ні вода не забруднюються;
4. Відносно малі габарити завдяки використанню сучасних компактних установок;
5. Відсутня радіоактивне паливо.

Однак критики відзначають значну «сирість» такого рішення. У найкращому разі комерційне використання термоядерного синтезу почнеться не раніше 2050 року.

Серед всіх ізотопів хімічного елемента з порядковим номером 2 осібно стоїть гелій-3. Що це, коротко можна описати наступними властивостями: він стабільний (тобто не відчуває перетворень в результаті випромінювання), володіє надтекучого властивостями в рідкому вигляді, має відносно малу масу.

Відео про освіту гелію-3 у Всесвіті

В даному ролику фізик Данило Потапов розповість, як у Всесвіті утворився гелій-3, яку роль у формуванні всесвіту він грав: