Эта как бы чисто научно-технологическая неувязка оказывается из разряда тех, которые изменят не только лишь стиль жизни землян, да и самые глубинные мировоззренченские взоры. Мы хотим предложить вашему вниманию статью 1-го из ведущих глобальных селенологов, директора Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, академика, член президиума РАН Эрика Галимова.
Ученые заговорили о способности использования привозимого с Луны гелия-3 в конце 80-х – начале 90-х годов.
В 1998 году в Москве свершилась 3-я Интернациональная конференция по исследованию и освоению Луны, на которой двое американских ученых сделали сообщение под интригующим заглавием: «3Не на Луне – Персидский залив XXI века». В 2003 году президиум РАН обсудил доклад «О состоянии исследования Луны и планет», в каком опять был поставлен вопрос о гелии-3. Сейчас неувязка была услышана.
Неувязка энергоресурсов
Нефть и газ сейчас занимают 60–80% в мировом энергобалансе. Есть различные оценки, но в любом случае углеводородное горючее при современных объемах употребления будет исчерпано до конца этого века. Умеренные оценки предвещают истощение припасов через 40–50 лет. Энергопотребление на планетке безизбежно будет возрастать. К 2050 году ожидается повышение населения Земли в два раза. Развивающиеся страны резко увеличивают экономический потенциал, в особенности Китай и Индия. Если потребление энергии в этих странах на душу населения приблизится к энергопотреблению в США, Европе и Стране восходящего солнца, то мировое энергопотребление может возрасти в 5–8 раз.
Каковы способности замещения нефти и газа в энергобалансе? Существует много других источников энергии. Но даже в совокупы другие источники не способны обеспечить полное замещение углеводородного горючего. Главный недочет большинства из их в том, что они рассчитаны на потребление рассеянной энергии с малой удельной мощностью. Потому даже при на теоретическом уровне огромных ресурсах настоящая возможность использования этих источников энергии ограниченна.
Какое бы место ни занимали в дальнейшем другие источники энергии, принципное разрешение энергетической трудности может дать только внедрение ядерной энергии. Но развитие атомной энергетики сдерживается ее ужасным недочетом: созданием радиоактивных отходов. Население земли уже сейчас знакомо с последствиями развития ядерных технологий: устрашающими объемами скопленных радиоактивных отходов, необходимостью захоронения ядерных реакторов и конструкционных материалов. Общее развитие атомной энергетики в ее современном варианте безизбежно имело бы трагические последствия для экологии.
Термояд на базе гелия-3
Сейчас промышленная атомная энергия вырабатывается только за счет реакции деления ядер урана. Термоядерная энергия известна населению земли исключительно в виде водородной бомбы. Над решением трудности управляемого термоядерного синтеза наука бьется уже более 50 лет.
В текущее время удалось практически впритирку приблизиться к цели. Считают, что она будет достигнута в наиблежайшие годы при реализации Интернационального проекта исследовательского термоядерного реактора ИТЭР (ITER). Это будет ядерная реакция дейтерия (D) – томного размеренного изотопа водорода, с тритием (Т) – томным радиоактивным изотопом водорода. В итоге появляется гелий-4 (4Не) – основной изотоп гелия и нейтроны. Неувязка радиоактивного загрязнения относится и к термоядерному синтезу, основанному на реакции: D + T> 4Не + n (нейтрон). Правда, радиоактивное загрязнение в данном случае меньше, чем при делении урана.
Реакция дейтерия с редчайшим изотопом гелия-3 просит еще больше больших температур, другими словами еще больше тяжело достижимых критерий синтеза. Но главное и самое необычное в том, что ядерный синтез, основанный на использовании изотопа гелия-3, может быть экологически незапятнанным. Кажется фантастичным, что существует ядерный процесс, фактически не несущий радиоактивности. Дело в том, что ядерная реакция с ролью гелия-3 имеет одну особенность, которая делает ее уникальной. В ядерных реакциях, в том числе в реакции синтеза D + T, выделяется мощнейший, пронизывающий все вокруг поток нейтронов. Нейтроны – резвые незаряженные (нейтральные) частички. Они просто попадают вовнутрь всех материалов, ведут взаимодействие с хим элементами и делают их радиоактивными. В реакции D + 3Не > 4Не + p (протон) выделяются не нейтроны, а протоны. С этим связан ряд восхитительных преимуществ.
Во-1-х, протоны, будучи заряженными частичками, не могут просачиваться в глубь конструкционных материалов. Потому в отличие от нейтронов они не делают эти материалы радиоактивными. Некая радиоактивность связана с побочной реакцией D + D. Безупречной была бы реакция 3Не + 3Не > 4Не + 2p. Но воплощение ее просит очень жестких критерий. Это – вопрос более отдаленного грядущего. Все же подавляющий выход термоядерной энергии в виде протонов делает реакцию с ролью гелия-3, с одной стороны, высокоэффективной, а с другой – мало радиоактивной.
Во-2-х, нейтроны не только лишь наводят радиоактивность, да и вызывают радиационные повреждения материалов. Это очень стремительно делает материалы неприменимыми к предстоящему употреблению, просит их изъятия и захоронения в виде радиоактивных отходов. Протоны не повреждают материалы. В отсутствие нейтронного облучения конструкционные элементы термоядерного реактора, использующие гелий-3, могут служить очень длительно, в отличие от материалов урановых реакторов и термоядерных реакторов, использующих реакцию дейтерий плюс тритий.
В-3-х, так как протоны – заряженные частички, а электронный ток – это поток заряженных частиц, становится вероятным прямое преобразование термоядерной энергии в электронную, минуя термическое преобразование. Это позволяет использовать в случае гелия-3 еще более действенные инженерные решения для отбора энергии.
В конце концов, в-4-х, практическое отсутствие радиоактивности и взрывоопасности делает установки термоядерного синтеза на гелии-3 совсем неопасными в аварийных критериях, в том числе в критериях природных катастроф, террористических актов и т.п.
Экологическая чистота и энергетическая эффективность делают ядерный синтез на гелии-3 непревзойденным источником энергии. Солнце светит благодаря идущему в его недрах термоядерному синтезу. Овладев им, население земли приобщилось бы к эксплуатации нескончаемого источника энергии.
Природа лунного гелия-3
Но на пути к достижению конечной цели есть две огромные трудности. 1-ая заключается в том, что гелия-3 фактически нету на Земле. Он есть на Луне. Но может быть ли организовать его добычу и доставку на Землю? Как это экономически целенаправлено?
2-ая трудность заключается в том, что на Земле пока отсутствует разработка управляемого термоядерного синтеза. Задачка не решена, невзирая на долголетние усилия, даже для более обычный реакции синтеза на дейтерии (D) и тритии (Т). Синтез же с ролью гелия-3 просит еще больше жестких критерий.
До того как ставить сложную задачку освоения промышленного термоядерного синтеза на гелии-3, необходимо оценить, как реальна добыча и доставка гелия-3 с Луны в нужных количествах и каковы его припасы. Луна, лишенная атмосферы и защитного магнитного поля, подвергается массивному облучению потоком испускаемых Солнцем легких атомов: водорода, гелия, углерода, азота и других. Этот поток, именуемый солнечным ветром, попадает на поверхность Луны. Так как на Луне нет активных геологических процессов и круговорота веществ, находящийся на поверхности пылевидный материал, именуемый реголитом, млрд лет копит частички солнечного ветра, в том числе гелия.
Содержание гелия в реголите (лунном грунте) находится в зависимости от многих причин. Сначала это – возраст реголита. Чем подольше облучается поверхность, тем больше скапливается в ней внедрившихся частиц солнечного ветра. Крупность зернышек реголита также имеет значение. Очень большие зерна имеют малую относительную поверхность, а очень маленькие не задерживают гелий. Хорошим является размер 20–50 микрон (0,02–0,05 мм). Концентрация гелия также зависит от минерального состава зернышек реголита. Идеальнее всего гелий скапливается в ильмените – минерале, содержащем титан (FeTiO3). Луна богата этим минералом.
На каждый атом гелия-3 приходится 3000 атомов обыденного гелия (4Не), от которого нужный гелий-3 необходимо отделить. В одной тонне лунного реголита содержится в среднем всего около 10 миллиграммов 3Не.
Энергетическая ценность и припасы
Чтоб добыть одну тонну гелия-3, необходимо переработать 100 млн. тонн лунного грунта, т.е. участок лунной поверхности площадью 20 квадратных км на глубину 3 м.
Зато энергетическая мощность гелия-3 громадна. Одна тонна этого вещества обеспечивает работу агрегатов мощностью 10 Гвт (Гвт – миллион кв) в течение года. Энергетическая мощность электрических станций Рф составляет 215 Гвт. По другому говоря, для обеспечения Рф необходимо примерно 20 тонн гелия-3 в год. Для обеспечения современной мировой потребности будет нужно около 200 т гелия-3 в год. Во 2-ой половине XXI века данная величина, может быть, вырастет до 800–1000 т/год. Припасы гелия-3 на Луне составляет около 1 млн. т. Таким макаром, их хватит более чем на тыщу лет.
Финансовая необходимость
Одна тонна гелия-3 подменяет 20 млн. тонн нефти. При современной цены нефти около 50 баксов за баррель цена 20 млн. тонн нефти составляет 10 миллиардов. баксов. Это и есть современная стоимость 1 тонны гелия-3. Транспортировка 1-го килограмма груза на линии движения Земля–Луна–Земля составляет сейчас примерно 20–40 тыс. баксов. Чтоб перевезти 1 т гелия-3, придется перевозить 2–5 т провождающего груза в виде контейнеров, охлаждающего оборудования и т.д. Таким макаром, перевоз с Луны одной тонны гелия-3 обойдется в 100 млн. баксов. Кажется, большая сумма. Но это всего только 1% того, что стоит энергия, которую одна тонна гелия-3 может обеспечить на Земле.
По расчетам южноамериканского космонавта Гаррисона Шмита, по профессии геолога, побывавшего на Луне в составе американской экспедиции «Аполло-17», внедрение гелия-3, включая все виды расходов на его добычу и доставку, станет коммерчески прибыльным, когда создание термоядерной энергии на гелии-3 на Земле достигнет мощности 5 Гвт. По воззрению Шмита, подготовительные расходы на стадии research & development (исследование и развитие), которые, разумеется, должно взять на себя правительство, составят около 15 миллиардов. баксов. Потом лунный энергетический проект станет симпатичным для личных инвестиций, так как он станет выгодным.
Лунная индустрия
Добыча гелия-3 безизбежно вызывает к жизни целый ряд сопряженных производств. При переработке грунта и десорбции гелия выделяться будет не только лишь гелий, но в еще огромных объемах другие элементы, в том числе водород и углерод. Несложно также сделать создание кислорода из силикатов. Это означает, что конкретно на Луне можно организовать создание горючего и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка титана позволит создавать томные элементы конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только сверхтехнологичные элементы. Нужная для жизнедеятельности людей и неких технологических процессов вода также может выполняться на Луне.
Развертывание неизменных лунных баз позволит использовать пребывание человека на Луне не только лишь для добычи гелия-3, да и для других целей. Луна – самый экономный космодром, который сделает легкодоступным крупномасштабное исследование Галлактики. На Луне могут и должны быть развернуты системы контроля астероидной угрозы, мониторинга и ранешнего предупреждения чертовских явлений и событий на Земле, исследования далекого космоса и почти все другое, что на данный момент даже тяжело представить.
Что для реализации всего этого необходимо сделать?
Сначала необходимо понять, что нехватка энергии в наиблежайшие десятилетия – это настоящая неувязка для всех обитателей Земли, от которой не спрятаться, не уйти. Во-2-х, по-видимому, единственным полным и длительным решением ее, сразу удовлетворяющим условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является ядерный синтез на базе использования гелия-3. В-3-х, освоение этого источника энергии – это не очередной проект, который можно решать меж делом. Идет речь о огромной промышленной революции, полное воплощение которой займет, может быть, целое столетие.
Сразу в нашем сознании поэтический образ дальной Луны должен смениться представлением об объекте практической экономики. После величавых географических открытий прошедших веков Луна – это последующий объект приложения изыскательского духа, характерного населению земли. По последствиям для развития цивилизации освоение Луны аналогично освоению новых материков. Луна и есть – новый материк, отделенный от Земли океаном галлактического места, который сейчас, но, легче пересечь, чем Атлантический океан во времена Колумба.
Шаг за шагом – за гелием-3
Невзирая на все эти перспективы, приходится признать тот факт, что пока мы еще очень далеки от способности их реализации. Когда можно ждать построения установок термоядерного синтеза на гелии-3? По данным из американских источников, может быть, уже через 15–20 лет, если на этом будут сфокусированы усилия общества и надлежащие инвестиции. Может быть, решение необходимо находить на пути синтеза с инерционным удержанием плазмы, а не магнитным удержанием, которое употребляется в ТОКАМАКах и заложено в базу проекта ИТЭР. Некие удачные опыты с внедрением лазеров и инерционным удержанием уже проведены в США.
Ясно, что гелий-3 пригодится возить с Луны не ранее, чем лет через 20. Но для того, чтоб привезти с Луны первую тонну гелия-3, необходимо сделать потрясающую работу. Как обычно, когда приступают к разработке какого-нибудь вида минерального сырья, необходимо начать с геологоразведочных работ. Они включают картирование поверхности Луны, выявление и оконтуривание участков с наибольшим содержанием нужных компонент, оценку удобства их эксплуатации. Эта работа должна сопровождаться исследованием геологического строения Луны, выявлением ресурсов для развития локального производства. В том числе огромное значение имеет решение вопроса о наличии воды на Луне. Вода в замороженном состоянии может находиться в затененных кратерах на полюсах Луны. Свидетельства к этому имеются. Нужна организация экспедиций и исследование образцов с этих участков Луны.
Последующий шаг – проведение экспериментальных вскрышных работ и работ по десорбции летучих из реголита в критериях Луны. Дальше – облагораживание лунной базы. Проектирование и испытание устройств, созданных для производства гелия-3. Для того чтоб обеспечить только предварительную стадию работ, пригодится доставить на Луну сотки тонн машин и материалов. Интенсивность полетов на трассе Земля–Луна должна составить несколько запусков в год. Сейчас у нас в программке только один пуск аппарата «Луна-Глоб», запланированный на 2012 год.
Страна, которая обгонит другие в освоении Луны, станет фаворитом в мировой экономике. У Рф есть уникальные шансы. Мы имеем галлактическую промышленность и опыт освоения Луны автоматическими галлактическими аппаратами. Мы имеем развитую ядерную физику и атомную энергетику. За счет добычи нефти и газа страна получила большие средства, которые без риска дестабилизировать финансовую ситуацию можно вложить исключительно в наукоемкие высочайшие технологии. Уместно навести эти средства на проект, имеющий целью замещение их источника.
Source: http://www.ng.ru/
ужс я даже не могу представить как это больно 