При этом изотоп гелий-3 на Земле практически отсутствует, а на Луне его запасы смогли сформироваться из-за того, что лунная поверхность подвергается постоянному воздействию солнечного ветра. Европейские ученые объявили о планах начать добычу элемента гелий-3 на Луне уже в 2025 году.
Российские ученые обнаружили на Луне почти 1,5 млн тонн гелия-3, которого нет на Земле
| Российские ученые обнаружили на Луне почти 1,5 млн тонн гелия-3, которого нет на Земле | Однако появление гелия-3 на этой шахматной доске открывает нам наводящую на размышления и странную картину: Луна может стать Персидским заливом этого столетия. |
| Американцы займутся добычей гелия-3 на Луне | Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли. |
Американцы займутся добычей гелия-3 на Луне
пишет Times, со ссылкой на китайского ученого. Специалисты стартапа Interlune разработали стратегию по добыче гелия-3 на Луне и последующей доставке его на Землю. В привезённых на Землю образцах лунного реголита содержание гелия-3 на тонну составило 0,01 грамма.
Американский стартап Interlune планирует добывать гелий-3 на Луне
Учёные подсчитали, что 0,02 грамма гелия-3 в ходе реакции термоядерного синтеза выделяют энергии столько же, сколько образуется при сжигании барреля нефти 159 литров. При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива человечеству хватило бы на 5-10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива газа, нефти, угля на Земле. Зачем вообще добывать гелий-3 Большая часть добытого людьми гелия используется в лабораториях для научных целей. Гелий-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Это счётчики для измерения нейтронного потока. К примеру, нейтронные мониторы используют для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма.
Также гелий-3 используют для достижения сверхнизких температур. Откачкой паров гелия-4 под вакуумом можно получить температуры до 0,7 К. Если же откачивать пары гелия-3, то можно вплотную приблизиться к условной границе криогенных и сверхнизких температур 0,3 К. Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур около 0,02 К. Самым же полезным видом применения гелия-3 является термоядерное топливо.
Однако именно этого человечество ещё пока делать и не может ввиду отсутствия гелия-3 в необходимых количествах, а также сырой технологии создания и эксплуатации токамаков. Но в теории гелий-3 является чуть ли не идеальным вариантом ядерного топлива. Дейтерий-гелиевые реакции не производят радиоактивные отходы в том числе в случае аварий , обладают высокой энергоэффективностью, вместо малополезных нейтронов выделяют протоны, которые могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, а реакторы, по расчётам учёных, будут иметь меньшие эксплуатационные затраты. В чём проблема добычи гелия-3 Как уже было сказано, на Земле природный гелий-3 добывать если и возможно, то абсолютно не эффективно, а искусственное производство покрывает только интересы учёных.
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. 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».
По разным оценкам, на Луне находится от 500 тысяч до нескольких миллионов тонн этого вещества. Эксперты предполагают, что благодаря одной тонне гелия-3 можно получать энергию, эквивалентную той, что вырабатывается при сгорании 15 миллионов тонн нефти. Ранее стало известно, что индийская организация космических исследований ISRO сообщила об успешном выходе на окололунную орбиту исследовательской станции «Чандраян-2». Кроме того, ISRO попыталась осуществить прилунение посадочного модуля «Викрам», однако операция закончилась неудачей.
Индия не планирует отставать в этом направлении. Гелий-3 — побочный продукт процессов, протекающих на Солнце. По разным оценкам, на Луне находится от 500 тысяч до нескольких миллионов тонн этого вещества. Эксперты предполагают, что благодаря одной тонне гелия-3 можно получать энергию, эквивалентную той, что вырабатывается при сгорании 15 миллионов тонн нефти.
Луна . Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий .
При этом изотоп гелий-3 на Земле практически отсутствует, а на Луне его запасы смогли сформироваться из-за того, что лунная поверхность подвергается постоянному воздействию солнечного ветра. Добыча гелия-3 потребовала бы астрономические суммы для организации на Луне горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Radia Windrunner который вскоре станет самым большим грузовым самолётом в мире и Стартап Interlune который собирается добывать безумно дорогой гелий-3 на Луне. 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. В то же время на Луне магнитное поле отсутствует и здесь гелий-3 может свободно накапливаться в поверхностном слое грунта. Кроме ценного гелия-3, на Луне за последние годы был обнаружен кислород, водород и значительные запасы воды в виде льда.
Один из стартапов планирует добычу гелия-3 на Луне
«Гелий-3 — единственный ресурс, цена которого достаточно высока, чтобы обеспечить полет на Луну и возвращение его на Землю, — заявил он. Сторонники добычи гелия на Луне заняли ключевые посты в консультативном совете НАСА. Кроме ценного гелия-3, на Луне за последние годы был обнаружен кислород, водород и значительные запасы воды в виде льда. Гелий-3: Как Луна могла бы решить все энергетические проблемы Земли. Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце. На Луне концентрация гораздо выше, минимальная оценка запасов превышает 500 тысяч тонн.
Термоядерный синтез, ITER, гелий-3 и Луна
В то же время на Луне магнитное поле отсутствует и здесь гелий-3 может свободно накапливаться в поверхностном слое грунта. Американский стартап Interlune предложил первый в своем роде проект по коммерческой добыче вещества под названием гелий-3 на Луне и отправке его на Землю. "Ученые посчитали, что 1 тонна гелия-3 в термоядерном реакторе даст столько энергии, сколько сжигание 15 миллионов тонн нефти.
СМИ: Россия планирует добывать полезные ископаемые на Луне
Обсуждение Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий В последнее время все больше внимания уделяется поиску новых источников энергии для космических миссий и дальних космических перелетов. Одним из перспективных кандидатов на эту роль является гелий-3, который обладает уникальными свойствами и может быть использован для создания экологически чистого и мощного топлива. Гелий-3 — это изотоп гелия, который встречается исключительно на Луне и в очень малых количествах на Земле. Он обладает уникальными свойствами, делающими его идеальным топливом для космических кораблей.
Во-первых, гелий-3 является самым легким элементом во Вселенной, что делает его идеальным для использования в ракетных двигателях.
На этот раз ученые намерены совершить революцию в производстве энергии за счет использования гелия-3. Исследователи считают, что гелий-3 дает проблеск надежды в поисках управляемого термоядерного синтеза. Элемент, из которого получают этот изотоп, образуется в результате солнечной реакции и присутствует почти повсюду в космосе. Однако Земля обладает лишь крошечным количеством этого элемента, что делает ее редкой находкой. Поэтому компания Interlune планирует изменить ситуацию, задействовав лунные ресурсы. Однако такой подход вызывает ряд вопросов. Во-первых, научное сообщество интересуется, как стартап собирается добывать полезный газ из лунного реголита — абразивного, каменистого и загрязненного материала, находящегося на поверхности Луны.
Во-вторых, как Interlune собирается отправлять гелий-3 на Землю? 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".
На Луне он входит в морские базальты — породы, которые находятся в «лунных морях». Они получили название море Спокойствия и океан Бурь.
Выгода очевидна", — отметил Шевченко. По его словам, в ближайшем будущем партнерам по Международной космической станции МКС следует постепенно переходить от ее эксплуатации к созданию Международной лунной станции МЛС. Получим большую практическую пользу", — заключил ученый. В настоящее время изотоп гелий-3 на Земле добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов в год.
Китай будет добывать гелий-3 на Луне
Именно в этом ее уникальность, обеспечивающая ряд замечательных преимуществ. Во-первых, протоны - заряженные частицы - не проникают в глубь материалов. Поэтому в отличие от нейтронов они не делают их радиоактивными. В-третьих, поскольку протоны - заряженные частицы, а электрический ток - поток заряженных частиц, становится реальным прямое преобразование термоядерной энергии в электрическую, минуя тепловую. Это позволит в случае 3He применить гораздо более эффективные инженерные решения для отбора энергии и в целом почти вдвое поднять КПД указанного процесса преобразования. И наконец, в-четвертых, практическое отсутствие радиоактивности и взрывоопасности делает установки термоядерного синтеза на He совершенно безопасными в аварийных условиях, в том числе при природных катастрофах, террористических актах и т. Но с увеличением температуры и при избытке 3He в смеси гелия-3 с дейтерием влияние этого побочного "фона" сводится к минимуму.
Это - вопрос более отдаленного будущего. Итак, экологическая чистота и энергетическая эффективность делают термоядерный синтез на гелии-3 непревзойденным источником энергии. Правда, на пути к достижению конечной цели - две фундаментальные трудности. Первая: такого изотопа гелия на Земле практически нет. Он есть на Луне. Но можно ли там организовать его добычу с последующей доставкой на нашу планету?
Насколько это экономически целесообразно? Вторая трудность в том, что пока отсутствует технология управляемого термоядерного синтеза. Задача не решена, несмотря на многолетние усилия даже для более простой реакции синтеза на дейтерии и тритии. Впрочем, прежде всего нужно оценить, насколько реальна добыча и доставка гелия-3 с Луны в необходимых количествах и каковы в действительности его запасы там? Этот поток, называемый солнечным ветром, попадает на поверхность Луны. В отсутствие активных геологических процессов и круговорота веществ пылевидный материал, называемый реголитом, миллиарды лет накапливает приносимые частицы, в том числе гелия.
В среднем содержание 3He в поверхностном слое мощностью 3 m составляет около 4 ppb частей на миллиард. В районах развития высокотитанистых базальтов "лунных морей" концентрация изотопа может достигать 20 ppb и более. Концентрация гелия в реголите зависит от многих факторов. Очень важен возраст материала: чем дольше облучается поверхность, тем больше накапливается в нем внедрившихся частиц солнечного ветра. Имеет значение и размер зерен реголита. У слишком крупных относительно малая поверхность, а очень мелкие - не удерживают гелий.
Оптимальный размер - 20 - 50 мкм. Существен и минеральный состав самих зерен. Лучше всего гелий накапливается в ильмените - минерале, содержащем титан FeTiO3. Луна им богата. На каждый атом 3He приходится 3000 атомов обычного 4He, и второй от первого нужно отделить. Заметим: 1 т реголита, перспективного для разработки, содержит в среднем около 20 мг 3He 10 ppb.
Недавно мы в ГЕОХИ совместно с Петербургским физико-техническим институтом доктор физико-математических наук Георгий Ануфриев перемерили содержание 3He в колонке реголита, доставленного советским космическим аппаратом "Луна-24" в 1976 г. По всей длине колонки длиной 2 м не обнаружено направленного изменения содержания 3He. Кстати, грунт был взят в районе развития низкотитанистых базальтов, в котором содержание 3He ближе к минимальной границе, составляющей, как показал анализ, около 1 ppb. Чтобы добыть 1 т гелия-3, нужно переработать 100 млн. Зато энергетическая эффективность 3He огромна: 1 т гарантирует работу агрегатов мощностью 10 ГВт в течение года. Напомню: суммарная мощность электростанций России составляет 215 ГВт.
Иначе говоря, для обеспечения потребностей нашей страны нужно приблизительно 20 т 3He в год, а для планеты в целом - около 200 т. Во второй половине XXI в. Запасов же гелия-3 на Луне около 1 млн. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет. Для сравнения следует отметить: доступное содержание этого ценного изотопа в природном газе, атмосфере и породах на Земле не превосходит 200 кг. Выходит, 1 т гелия-3 заменит 20 млн.
Транспортировка 1 кг груза на траектории Земля-Луна-Земля обойдется сегодня приблизительно в 20 - 40 тыс. Чтобы доставить 1 т 3He, придется перевезти 2 - 5 т сопровождающего груза в виде контейнеров, охлаждающего оборудования и т. Таким образом, доставка с Луны 1 т 3He потребует 100 млн. Кажется, огромная сумма. Для того чтобы организовать добычу 3He в промышленных масштабах, потребуется развернуть на Луне целую индустрию. Во-первых, придется вскрыть и переработать грунт на площади в сотни квадратных километров.
Из каждого килограмма гелия можно получить максимум 0,3 г 3He с процессом сжижения и хранения неизбежно сопряжены потери. Понятно, что первоначальные затраты, связанные с завозом оборудования, развертыванием лунной базы и организацией крупномасштабной добычи, будут велики. В то же время следует учесть, что в инженерном отношении все процедуры хорошо известны и достаточно просты.
Из-за редкости, изотоп стоит очень дорого — 17 540 долларов за грамм. Считается, что использование в реакторах гелия-3 снижает риск катастроф вроде Чернобыля По расчетам китайских ученых, на поверхности Луны содержится до 1,1 миллиона метрических тонн гелия-3.
Это значит, что прямо сейчас на земном спутнике находятся ресурсы стоимостью около 1,5 квадриллиона долларов. По словам главы Китайской лунной программы Оуян Цзыюаня Ouyang Ziyuan , три полета на Луну в год смогут обеспечить энергией всех людей на Земле. Добыча полезных ресурсов на Луне Но радоваться еще рано — такие полеты будут требовать огромного количества денег, времени и сил. Чтобы добыть один грамм изотопа гелия-3, специалистам нужно переработать около 150 тонн лунного реголита. Переработка будет вестись либо на самой Луне, либо на Земле.
В любом случае, материал придется транспортировать и это тоже будет стоить огромных денежных вложений. Доставка грузов на Луну и обратно стоит огромных денег После открытия минерала «камень Чанъэ» и изотопа гелия-3, Китайское национальное космическое управление еще сильнее заинтересовалось исследованием Луны. В 2024 году Китай запустит пятую фазу программы «Чанъэ», в рамках которой планируется изучить южный полюс Луны и начать строительство исследовательской станции. Напоследок стоит отметить, что Китай также намерен заняться изучением Марса.
Одним из теоретических вариантов являются термоядерные реакторы токамаки , в которых изначально планировалось синтезировать гелий из дейтерий-тритиевой смеси. Главный недостаток системы — высокая радиоактивность трития, период полураспада которого составляет всего 12,5 лет. В промышленном реакторе внутренние стенки камеры сгорания необходимо будет менять через каждые несколько лет из-за радиационного разрушения материала. Кроме того, выделяемую энергию уносят в основном нейтроны, не имеющие электрического заряда и плохо взаимодействующие с веществом, что усложняет её сбор. Одним из лучших альтернатив является замена трития на гелий-3. Реакции дейтерий-гелиевой смеси практически радиационно безопасны, так как в них используются только стабильные ядра, и не производят неудобные нейтроны.
Что такое гелий-3 и где его искать Из химии мы знаем, что гелий — это инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха, являющийся вторым по распространенности во Вселенной элементом после водорода. Однако на Земле его содержание крайне мало. Более того, на нашей планете при распаде радиоактивных химических элементов вылетают альфа-частицы — ядра гелия-4. Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях. Данный газ очень лёгкий, поэтому, попадая в атмосферу Земли, он быстро улетучивается. Общее количество гелия-3 в атмосфере нашей планеты оценивается в 35 000 тонн. Однако в настоящее время изотоп не добывается из природных источников, а создаётся при распаде искусственно полученного трития, бомбардируя нейтронами литий-6 в ядерном реакторе. Таким способом можно получать до 18 килограмм гелия-3 в год, чего абсолютно недостаточно для каких-либо промышленных нужд. В природе же он может накопиться либо на больших планетах Уран или Нептун , способных его удерживать, либо на телах без атмосферы и магнитосферы.
Оказалось, в лунных недрах находится 1,5 миллиона тонн гелия-3, которого нет на Земле, передал RT. Ученые выяснили, что в грунте на спутнике Земле гелий накопился благодаря солнечному ветру, который постоянно воздействует на поверхность и представляет собой поток ионизированных частиц. Специалисты предполагают, что гелий-3 станет отличным топливом для термоядерной энергетики.