Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях. Добытый на Луне гелий-3 предполагается использовать для проведения квантовых вычислений, медицинской визуализации, а также, возможно, в качестве топлива для термоядерных реакторов. Компания планирует в 2026 году доставить на поверхность Луны демонстрационный аппарат, который возьмет образцы реголита, после чего попробует извлечь из них гелий-3. Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли.
Новые сверхдержавы родятся на Луне
При этом общие запасы гелия-3 на Луне составляют около 1,3 млн тонн, а гелия-4 — 3,6 млрд тонн. Сообщается, что из образцов ученые смогли узнать, в какой концентрации в грунте Луны содержится гелий-3. Гелий-3 — самый лёгкий из изотопов гелия, один из двух его стабильных изотопов. Добыча гелия-3 потребовала бы астрономические суммы для организации на Луне горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром.
Российские ученые обнаружили на Луне почти 1,5 млн тонн гелия-3, которого нет на Земле
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. Выяснили, что больше всего гелия содержится в минерале ильменит.
По словам Мейерсона, план состоит в том, чтобы к 2028 году иметь на Луне пилотную установку и начать работу к 2030 году. Ресурс, на который она нацелена, гелий-3, может использоваться на Земле для таких приложений, как квантовые вычисления, медицинская визуализация и, возможно, когда-нибудь в будущем в качестве топлива для термоядерных реакторов. Гелий-3 переносится на Луну солнечным ветром и, как полагают, остается на поверхности, застряв в грунте, тогда как при достижении Земли он блокируется магнитосферой.
Однако ценность его, похоже, столь высока, что частные компании готовы отправиться на Луну добывать этот редкий изотоп гелия. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3.
Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Когда два фотона соединяются с одним нейтроном и двумя электронами в процессе термоядерного синтеза в центре Солнца, это сочетание порождает высокоэнергетические частицы гелия-3. Затем солнечный ветер разносит эти частицы к разным планетам. Когда они достигают Земли, большая их часть не может проникнуть сквозь магнитосферу.
Магнитосфера Земли отклоняет этот поток частиц, поэтому гелий-3 не встречается на Земле в природе и существует лишь в очень ограниченных количествах, появляясь в результате испытаний ядерного оружия и ядерных реакторов. Так как вокруг Луны магнитосферы нет, предполагается, что в карманах лунного реголита содержится большое количество гелия-3. Литр гелия-3 стоит несколько тысяч долларов. Как рассчитывает сооснователь Interlune Роб Мейерсон, в ближайшем будущем на это вещество появится значительный спрос в индустрии квантовых компьютеров и медицинской визуализации.
Что за новый источник энергии нашли в арктических скалах?
Гелий-3 — это редкий изотоп гелия, который имеет два протона и один нейтрон в ядре. Он образовался во время Большого взрыва и был распределён по всей Солнечной системе. На Земле этого изотопа очень мало, так как большая часть его улетучилась в космос. Некоторое количество гелия-3 было захвачено ядром Земли. В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников, а создаётся при распаде искусственно полученного трития.
Соблюдение авторских прав: Все права на материалы, опубликованные на сайте spb. Использование материалов, опубликованных на сайте spb. Гиперссылка должна размещаться непосредственно в тексте, воспроизводящем оригинальный материал spb.
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. Гелий заключен в сорбированном состоянии в рыхлом лунном грунте, залегающем на самой поверхности. Поэтому после создания необходимого производства расходы на добычу и эксплуатацию соответствующей инфраструктуры должны быть умеренными. По расчетам американского астронавта Харрисона Шмитта, по профессии геолога, побывавшего в 1972 г.
По мнению Шмитта, предварительные расходы на стадии исследований их, очевидно, должно взять на себя государство составят около 15 млрд. Затем ранее небывалый энергетический проект станет привлекательным для частных инвестиций, поскольку перейдет в разряд прибыльных. При переработке грунта и десорбции гелия выделяться будет не только последний, но в еще больших объемах другие элементы, в том числе водород и углерод. Нетрудно также наладить получение кислорода из силикатов. Это значит, что непосредственно на Луне можно организовать синтез топлива и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка его позволит изготовлять тяжелые фрагменты конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимую для жизнедеятельности людей и некоторых технологических процессов воду также можно получать на Луне.
Упомянутый Х.
На нашей планете он отсутствует. Запасы этого сырья на Луне исследователи оценили почти в 1,5 млн т. Луна Gettyimages. Об исследовании RT рассказали в пресс-службе института. Авторы работы установили, что концентрация в реголите лунном грунте изотопов гелия зависит от химического состава и структуры кристаллической решётки элементов, составляющих различные лунные породы. Так, в вулканическом стекле гелий присутствует в очень низкой концентрации, как и в минералах лунных материковых пород — плагиоклазе анортите и битовните. Образец лунного грунта Gettyimages.
Индия хочет обеспечить Землю дешевой энергией, полученной из лунного гелия-3
Индия заявила о планах начать добычу ценного гелия-3 на Луне к 2030 году. Гелий-3 — самый лёгкий из изотопов гелия, один из двух его стабильных изотопов. Гелий-3 очень важен, поскольку он является многообещающим кандидатом на роль топлива для ядерного синтеза.
Китай находит гелий-3 на Луне: начинается великая гонка
Гелий-3 — самый лёгкий из изотопов гелия, один из двух его стабильных изотопов. Китай не сообщил, когда он планирует начать добычу 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.
Выходцы из Blue Origin собрались добывать гелий-3 на Луне в скором будущем
Эти проекты рассматриваются многими буквально как решение всех проблем человечества. Так что же такое гелий-3? Это "гелий-4". Его атомные ядра — это альфа-частицы, которые образуются при радиоактивном распаде. Это и есть гелий-3. Соотношение гелия-3 и гелия-4 в масштабах Вселенной существенно иное - там количество этих изотопов различается примерно на один порядок. Миллиарды лет назад на Земле соотношение гелия-4 и гелия-3 было такое же, как и во всей Вселенной.
Однако за прошедшее в тех пор время гелий, образовавшийся при первичном нуклеосинтезе, полностью улетучился из земной атмосферы. И весь гелий, который сегодня есть на Земле, образовался в результате радиоактивного распада. То есть на Земле существует практически только гелий-4. А гелий-3 образуется только на Солнце в результате происходящих там термоядерных реакций в основном на Солнце образуется гелий-4, но и гелия-3 там образуется тоже немало. С Солнца эти элементы разлетаются в пространство в виде так называемого "солнечного ветра" особый вид космических лучей. На Землю и другие планеты "солнечный ветер" не попадает: мешает атмосфера и магнитное поле.
А вот, скажем, на Луну, лишенную атмосферы, частицы "солнечного ветра" попадают и "застревают" в поверхностном слое грунта. До некоторых пор эти факты представляли чисто теоретический интерес. В практической плоскости о гелии-3 заговорили, когда стало ясно, что нефть закончится в ближайшие десятилетия. Угля и газа хватит чуть подольше, но тоже не надолго. Очевидно, что единственный способ решения энергетической проблемы — это использование энергии атомного ядра. Однако и запасы урана тоже не бесконечны… Поэтому уже полвека неизменно популярна идея использования термоядерного синтеза.
В термоядерных реакциях, происходящих на Солнце, четыре атома легкого изотопа водорода соединяются в один атом гелия с выделением энергии. Именно это низкое сечение реакции обеспечивает устойчивость Солнца — иначе на нем шла бы не устойчивая термоядерная реакция, а термоядерный взрыв. Для термоядерных реакций, производимых на Земле, нужен "тяжелый водород" - дейтерий. Однако, кроме дейтерия, для термоядерной реакции нужен второй компонент, атом которого должен быть в 3 раза тяжелее водорода. Это может быть либо "сверхтяжелый водород", который называется тритий, либо тот самый гелий-3. Тритий на Земле не существует, кроме того, он очень сильно радиоактивен и неустойчив.
Именно такая реакция рассматривается как основная в планируемых проектах, в частности, в создаваемом международном проекте ИТЭР. Однако недостатком такой реакции является, во-первых, необходимость для нее сильно радиоактивного трития, а, во-вторых, то, что в ходе такой реакции возникает сильное нейтронное излучение. Поэтому в последнее время создаются проекты «безнейтронной» термоядерной реакции, топливом для которой служит гелий-3 — легкий изотоп гелия. Преимущество реакций на гелии-3 по сравнению с дейтериево-тритиевой реакцией в том, что, во-первых, для нее не требуется радиоактивных изотопов в качестве топлива, а, во-вторых, получаемая энергия уносится не с нейтронами, а с протонами, из которых извлечь энергию будет легче.
Изотоп гелий-3 на Луне Помимо нового минерала, в лунном грунте была обнаружена большая концентрация изотопа гелия-3. О том, что он в некотором количестве имеется на Луне, ученые знали и раньше, однако китайские исследователи доказали, что его очень много.
Это очень важное для науки открытие, потому что гелий-3 является кандидатом на роль топлива для ядерного синтеза. Ученые считают, что ни изотоп, ни его остаточные продукты не являются радиоактивными — если использовать его в реакторах, не нужно будет думать, как безопаснее утилизировать отходы. Кажется, в будущем на Луне будут добывать много гелия-3 У гелия-3 есть плюсы, но не стоит считать его идеальным. Первый минус этого изотопа заключает в том, что заправленный им термоядерный реактор должен работать при очень высоких температурах. Второй минус заключается в том, что гелий-3 очень редкий изотоп. Искусственный способ добычи гелия-3 заключается в распаде трития в ядерных боеголовках и извлечении в очень небольших количествах.
По информации из открытых источников, в год добывается 15 килограммов гелия-3. 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.
Яркий тому пример — планы стартапа Interlune США заняться добычей гелия-3, образующегося на Солнце в процессе термоядерного синтеза, запасы которого в лунном грунте огромны. По словам одного из основателей стартапа и бывшего президента Blue Origin Роба Мейерсона, для этого при поддержке НАСА планируется использовать специальный комбайн, который будет доставлен на Луну к 2028 году и запущен в эксплуатацию к 2030 году. Добытый на Луне гелий-3 предполагается использовать для проведения квантовых вычислений, медицинской визуализации, а также, возможно, в качестве топлива для термоядерных реакторов.
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. Гелий заключен в сорбированном состоянии в рыхлом лунном грунте, залегающем на самой поверхности. Поэтому после создания необходимого производства расходы на добычу и эксплуатацию соответствующей инфраструктуры должны быть умеренными. По расчетам американского астронавта Харрисона Шмитта, по профессии геолога, побывавшего в 1972 г. По мнению Шмитта, предварительные расходы на стадии исследований их, очевидно, должно взять на себя государство составят около 15 млрд. Затем ранее небывалый энергетический проект станет привлекательным для частных инвестиций, поскольку перейдет в разряд прибыльных. При переработке грунта и десорбции гелия выделяться будет не только последний, но в еще больших объемах другие элементы, в том числе водород и углерод. Нетрудно также наладить получение кислорода из силикатов.
Это значит, что непосредственно на Луне можно организовать синтез топлива и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка его позволит изготовлять тяжелые фрагменты конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимую для жизнедеятельности людей и некоторых технологических процессов воду также можно получать на Луне. Упомянутый Х. Шмитт описал спроектированный в США комбайн, предназначенный для извлечения 3He и других летучих компонентов из поверхностного слоя лунного фунта. Развертывание постоянных баз на спутнике откроет возможность использовать пребывание человека не только для добычи гелия-3, но и для иных целей. Луна - самый экономичный космодром, который сделает доступным крупномасштабное исследование Солнечной системы. Там могут и должны быть развернуты системы контроля астероидной опасности, мониторинга и раннего предупреждения катастрофических явлений и событий на Земле, изучения дальнего космоса и многое другое, что сейчас даже трудно предвидеть.
Повторю: прежде всего нужно осознать, что нехватка энергии в ближайшие десятилетия - реальная проблема для всех землян, от которой не спрятаться, не уйти. Во-вторых, очевидно: единственным тотальным и долговременным ее решением, одновременно удовлетворяющим условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования 3He. В-третьих, освоение нового источника энергии - не очередной проект, реализуемый как бы между делом. Речь идет о гигантской промышленной революции, полное осуществление которой может занять целое столетие. Одновременно в нашем мышлении поэтический образ далекой Луны должен смениться представлением о ней как об объекте практической экономики. Словом, после великих географических открытий прошлых веков наш спутник станет следующим объектом приложения изыскательского духа, свойственного человечеству. По последствиям для развития цивилизации его освоение будет аналогично освоению новых континентов на Земле. Луна и есть новый континент, отделенный от нас океаном космического пространства, который сегодня, однако, легче пересечь, чем Атлантику во времена Христофора Колумба. Однако несмотря на все рассмотренные перспективы, приходится возвращаться к факту: пока мы еще очень далеки от их реализации. Когда можно ожидать построения установок термоядерного синтеза на основе 3He?
По данным американских источников, возможно, через 15 - 20 лет, если на этом будут сфокусированы усилия общества и соответствующие инвестиции. Вероятно, решение нужно искать на пути синтеза с инерционным удержанием плазмы, а не с магнитным, которое используют в токамаках и заложено в основу проекта ИТЭР.