Содержание
Американские геологи нашли основной источник гелия-3 на Земле — Газета.Ru
Американские геологи нашли основной источник гелия-3 на Земле — Газета.Ru | Новости
close
100%
Согласно новому исследованию, проведенному американскими учеными из Университета Нью-Мексико, присутствующий на Земле гелий-3 — редкий изотоп гелия, который в природе встречается почти исключительно в форме гелия-4, — просачивается главным образом из ядра планеты. Поскольку почти весь гелий-3 образовался в результате Большого взрыва, это просачивание газа свидетельствует в пользу теории образования Земли во внутренней, а не внешней части исходной солнечной туманности. Статья об этом опубликована в журнале AGU Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
Гелий-3 встречается на поверхности Земли в ничтожных количествах, однако прежде ученые не знали, сколько его прибывает из ядра планеты, а не из более верхних слоев — из мантии.
Новое исследование указывает на то, что основным источником гелия-3 на Земле является все же именно ядро. Некоторые естественные процессы могут генерировать некоторую часть гелия-3 — например, радиоактивный распад трития, — однако основная часть гелия-3 сохранилась со времен протопланетной туманности — обширного вращающегося газопылевого облака, из которого возникла Солнечная система. Поскольку гелий считается одним из первоначальных элементов, образовавшихся во Вселенной, большая часть гелия-3 также восходит к Большому взрыву.
Из земных глубин ежегодно просачивается около 2 кг гелия-3, этого «достаточно, чтобы наполнить воздушный шар размером со стол», как пояснил ведущий автор исследования Питер Олсон, геофизик из отдела наук о Земле и планетах Университета Нью-Мексико в Альбукерке. Удалось смоделировать поведение гелия в ходе двух ключевых этапов земной истории — первоначального ее формирования, когда планета еще накапливала гелий, — и последующего рождения Луны, образовавшейся из обломков столкнувшегося с Землей объекта размером с Марс около 4 млрд лет назад.
Повторное расплавление земной коры привело к улетучиванию из нее большей части гелия, поэтому, опираясь на современную скорость утечки гелия-3, ученые смогли указать его источник и оценить его общее количество: по этим оценкам в ядре содержится от 10 тераграммов (1010 кг) до петаграммов (1012 кг) гелия-3. Столь огромное количество He3, по словам Олсона, и указывает на формирование Земли внутри солнечной туманности, где относительно высокая концентрация гелия позволила ему накопиться в глубинах планеты.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Дмитрий Воденников
Ужас бабочки
О саморазрушении и запретных ответах
Елена Панина
Демократическая диктатура
О выборах в конгресс США
Анастасия Миронова
Заработать, пока не национализировали
О том, к чему приведет конкуренция соцсетей и почему всем подключат монетизацию
Марина Ярдаева
Хотеть не вредно
О тех, кому достаточно три аршина земли
Юлия Меламед
Журналист глобус пропил
Об экопарк-отелях и русских памятниках в России и Европе
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Не вешайте нам гелий-3 на уши! / Наука / Независимая газета
«Мы говорим сейчас о термоядерной энергетике будущего и новом экологическом типе топлива, которое нельзя добыть на Земле.
Речь идет о промышленном освоении Луны для добычи гелия-3». Это заявление главы ракетно-космической корпорации «Энергия» Николая Севастьянова, если и не потрясло воображение законопослушных россиян (им сейчас, как раз, накануне нового отопительного сезона только с гелием-3 разбираться), то уж воображение специалистов и людей заинтересованных не оставило равнодушным.
Оно и понятно: при, мягко говоря, не блестящем состоянии дел в отечественной аэрокосмической отрасли (космический бюджет России в 30 раз меньше, чем в США и в 2 раза меньше, чем в Индии; с 1989 по 2004-й годы мы запустили всего 3 исследовательских КА), вдруг, вот так, ни больше, ни меньше – россияне будут добывать гелий-3 на Луне! Напомню, что, теоретически, этот легкий изотоп гелия способен вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. Соответственно, термояд многие ученые считают потенциально безграничным источником дешевой энергии. Однако проблемка есть: гелий-3 составляет менее одной миллионной доли от общего количества гелия на Земле.
А вот в лунном грунте этот легкий изотоп содержится в изобилии: по оценке академика Эрика Галимова – около 500 млн. тонн…
Говорят, в свое время в США перед входом в Диснейленд висел огромный плакат: «Мы и наша страна можем все, единственное, что нас лимитирует, это границы нашего воображения». Все это было недалеко от истины: быстрый и эффективный атомный проект, фантастически успешная лунная программа, стратегическая оборонная инициатива (СОИ), вконец доконавшая советскую экономику. …
По существу, одной из главных функций государства, особенно в XX веке, было как раз формулирование перед научным сообществом задач на грани воображения. Это касается и советского государства: электрификация, индустриализация, создание атомной бомбы, первый спутник, поворот рек┘ Кстати, и у нас был свой «плакат» перед Диснейлендом – «Мы рождены, чтоб сказку сделать былью!»
«Я просто думаю, что есть дефицит в какой-то крупной технологической задаче, – подчеркнул в беседе со мной доктор физико-математических наук, ученый секретарь Института космических исследований РАН Александр Захаров.
– Может быть, из-за этого и возникли в последнее время все эти разговоры о добыче на Луне гелия-3 для термоядерной энергетики. Если Луна – источник полезных ископаемых, и оттуда везти этот гелий-3, а на Земле не хватает энергии┘ Все это понятно, звучит очень красиво. И под это легко, может быть, уговорить влиятельных людей выделить деньги. Я думаю, что это так».
Но все дело в том, что сейчас на Земле нет технологии – и в ближайшие, как минимум, 50 лет не предвидится ее появления, – сжигания гелия-3 в термоядерной реакции. Нет даже эскизного проекта такого реактора. Строящийся сейчас во Франции международный термоядерный реактор ITER проектируется на «сжигание» изотопов водорода – дейтерия и трития. Расчетная температура «поджига» термоядерной реакции – 100–200 млн. градусов. Для использования гелия-3 температура должна быть на порядок-два выше.
Значит, руководитель крупнейшей в России ракетно-космической корпорации Николай Севастьянов, извините за выражение, пудрит нам мозги своим гелием-3? Не похоже.
Зачем!?
«Космическая отрасль, естественно, заинтересована в таком крупном и дорогостоящем проекте, – считает Александр Захаров. – Но с точки зрения его практического использования, абсолютно очевидно, что это преждевременно».
Чтобы реализовать проект «гелий-3» нужно создавать специальную программу дополнительных исследований Луны, запускать целую эскадру космических аппаратов, решать вопросы с добычей гелия-3, его переработкой┘ Это разорит страну почище всякой СОИ.
«Я не хочу сказать, что Луна с научной точки зрения полностью закрыта – там остались и научные задачи, – подчеркивает Александр Захаров. – Но, как говорится, этим надо заниматься step by step, не забываю о других научных задачах. А то мы как-то шарахаемся: как только американцы объявили о программе пилотируемого полета на Марс – и сразу мы заявляем, что тоже готовы этим заниматься. Услышали про лунные программы – давайте тоже этим заниматься┘ У нас нет обдуманной, взвешенной, стратегической национальной задачи».
Вот, опять вернулись к тому, с чего начали, – к стратегической национальной задаче. Беда в том, что в отличие от американцев мы лимитированы не столько своим воображением – с этим-то, как показывает заявление Николая Севастьянова, у нас все в порядке. Но вот на программу «гелий-3» (условно назовем ее так), по самым скромным расчетам, потребуется 5 млрд. долл. на пять лет исследований.
С чисто научной точки зрения, в проблеме термояда на основе ТОКАМАКов, даже несмотря на принятое решение о строительстве международного экспериментального реактора ITER, наметился некий застой. (Впрочем, это тема для отдельного разговора.) Как мне кажется, проблема гелия-3 для некоторой части влиятельного термоядерного лобби – новая ниша для реанимации и реализации профессиональных амбиций.
Мало того – и это уж совсем сенсационная вещь, и только поэтому я не начал с нее свою статью, — как нам сообщил эксперт из аэрокосмической отрасли, на российский проект добычи легкого изотопа гелия на Луне выделен┘ 1 млрд.
долларов! Деньги эти, якобы, имеют американское происхождение.
Несмотря на всю замысловатость подобной комбинации, концы с концами в ней сходятся вполне успешно. Чтобы добиться выделения 104-х млрд. долл. на объявленную недавно программу создания лунной базы, Национальному агентству США по аэронавтике и космическим исследованиям надо было показать, что «стратегические конкуренты» тоже не дремлют. То есть, «российский» миллиард — это, своего рода, накладные расходы NASA… Отсюда и необъяснимый рациональными мотивами всплеск интереса к добыче гелия-3 в России.
Если это действительно так, то лишний раз нам всем придется убедиться в справедливости формулы, напечатанной лет десять назад в журнале Physics Today. Вот она: «Ученые – это не бескорыстные искатели истины, а скорее участники острой конкурентной борьбы за научное влияние, победители которой срывают банк».
Добыча гелия-3 на лунной поверхности
Включение и поддержка
324555 просмотра
947 лайков
Идея получения чистой и эффективной формы энергии с Луны стимулировала научную фантастику и факты в последние десятилетия.
В отличие от Земли, которая защищена своим магнитным полем, Луна подверглась бомбардировке большим количеством гелия-3 солнечным ветром. Считается, что этот изотоп может обеспечить более безопасную ядерную энергию в термоядерном реакторе, поскольку он не радиоактивен и не производит опасных отходов.
Геолог программы «Аполлон» Харрисон Шмидт неоднократно приводил аргументы в пользу добычи гелия-3, в то время как Джеральд Кульчински из Университета Висконсин-Мэдисон является еще одним ведущим сторонником. Он создал небольшой реактор в Институте термоядерных технологий, но до сих пор не удалось создать реакцию синтеза гелия с полезной выходной мощностью.
Однако это не помешало поиску гелия-3 стать мотивирующим фактором в освоении космоса. Помимо традиционных космических держав, Индия ранее заявляла о своей заинтересованности в разработке лунной поверхности. Использование ресурсов Луны также было частью неудачной кандидатуры Ньюта Гингрича на пост президента США от Республиканской партии в 2012 году9.
0007
Частное предприятие также заинтересовано в использовании топлива с Луны, хотя, возможно, путем извлечения воды, а не гелия-3. Компания Shackleton Energy планирует поставлять топливо для миссий по всей Солнечной системе с использованием лунной воды.
Луна может быть использована в качестве базы для дальнейших исследований
Некоторые команды, соревнующиеся за Google Lunar X-Prize, также рассматривают добычу полезных ископаемых как конечную цель своих посадочных модулей. ЕКА также рассматривало возможность использования Луны для помощи миссиям вглубь Солнечной системы.
Высказывались также аргументы в пользу добычи гелия-3 с Юпитера, где его гораздо больше – необходимо учитывать соответствующие расстояния. Извлечение молекулы из Юпитера также будет менее энергоемким процессом.
Не все согласны с тем, что Helium 3 обеспечит безопасное термоядерное решение. В статье под названием «Страхи перед фактоидами» в 2007 году физик-теоретик Фрэнк Клоуз классно назвал эту концепцию «самогоном».
В любом случае, похоже, нам придется набраться терпения, чтобы найти ответы.
Спасибо за лайк
Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!
Фокус на
Добыча полезных ископаемых на Луне
Открыть
Фокус на
Бизнес-инициатива Interlune-intermars: Возвращение в Deep …
Открыть
Фокус на
Институт термоядерных технологий
Открыть
Фокус на
Энергетическая компания Шеклтон
Открыть
Фокус на
Google Лунный приз
Открыть
Фокус на
Луна Марс астероиды — Куда идти в первую очередь за ресурсами
Открыть
Что такое гелий-3 и почему он так важен?
Предыстория и история
Все узнают о гелии в школе.
Это второй элемент в периодической таблице, имеющий 2 протона, 2 нейтрона и 2 электрона, то есть имеет атомная масса 4 . Но в последнее время в новостях упоминается другая форма гелия, и она называется гелий-3. Гелий-3, также обозначаемый как 3 He, представляет собой легкий изотоп гелия, имеющий 2 протона, но только один нейтрон, и атомную массу 3 . Существование гелия-3 было впервые предложено в 1934 году австралийским физиком-ядерщиком Марком Олифантом. Первоначально считалось, что гелий-3 является радиоактивным изотопом, пока он не был обнаружен в образцах природного гелия, взятых как из земной атмосферы, так и из скважин с природным газом. Помимо 1H, гелий-3 является единственным стабильным изотопом любого элемента с большим количеством протонов, чем нейтронов. Его присутствие на Земле редко, его ищут для использования в исследованиях ядерного синтеза, и его много в лунной почве.
Реакции деления и синтеза
В настоящее время все атомные электростанции используют ядерную реакцию для производства тепла, которое превращает воду в пар, который затем приводит в действие турбину для производства электроэнергии.
Атомные электростанции имеют ядерные реакторы деления , в которых ядра урана являются расщепленной частью. Это высвобождает энергию, но также производит радиоактивные отходы, которые должны безопасно храниться фактически в течение неопределенного времени. Ядерный синтез эффективно использует тот же источник энергии, который питает Солнце и другие звезды, и не производит радиоактивности и ядерных отходов, которые являются побочным продуктом современного производства энергии ядерного деления.
Ядерный синтез использует тот же источник энергии, что и Солнце и другие звезды. В отличие от ядерного деления, оно не производит радиоактивности и ядерных отходов, которые являются побочным продуктом современного производства энергии ядерного деления.
Уравнения деления и синтеза:
При делении одного атома урана-235 генерируется энергия 202,5 МэВ = 3,24 × 10 −11 Дж, что соответствует 19,54 ТДж/моль или 83,14 ТДж/кг. Это примерно в 2,5 миллиона раз больше энергии, выделяемой при сжигании угля.
Когда 235 92 Нуклиды урана бомбардируются нейтронами, одна из многих реакций деления, которым он может подвергнуться, следующая.
FISSION REACTION OF URANIUM 235 BOMBRADED BY NEUTRONS:
1 0 n + 235 92 U → 141 56 Ba + 92 36 Kr + 3 1 0 n
РЕАКЦИЯ СИНТЕЗА ДВУХ АТОМОВ ГЕЛИЯ-3:
3 2 He + 3 2 He —> 4 2 He+ 2 1 1 p + 12.86 MeV or
2 2 HE + 3 2 HE —> 4 2 HE + 1 1 P + 18,3 MEV
Слияние DeUterium и H-3:
9898
DIUTERIUM и H-3:
DIUTERIUM и H-3:
DIUTERIUM и H-3:
(Deuterium и H-3:
.
2 1 Н) + 3 2 HE —> 4 2 HE + 1 1 P + 18,4 MEV
Температурные барьеры в Гелиуме-3 Реакциях слияния:
Почему это луна, так что?
В декабре 2013 года Китаю удалось посадить роботизированный посадочный модуль на Луну, тем самым успешно завершив этап 3 своей лунной программы исследования. Предполагалось, что к концу 2017 года пятый и последний этап программы вернет лунные породы на Землю. Если все пойдет хорошо, в 2020-х годах может последовать пилотируемая программа, что заложит потенциальную основу для добычи Китаем гелия-3 на Луне в 2030-х или позже. В 2006 году российская компания «Энергия» заявила, что в 2015 году у нее будет постоянная лунная база, а к 2020 году будет производиться сбор гелия-3. Но компания, похоже, сильно отстает в реализации этих заявлений.
Сколько гелия-3 на Луне?
На Луне имеются большие запасы гелия-3, легкого и нерадиоактивного термоядерного топлива, которого практически нет на Земле.
Поскольку у Луны нет атмосферы, и она подвергалась бомбардировке солнечными ветрами, содержащими гелий-3, в течение миллиардов лет, Луна имеет огромные объемы изотопа. По некоторым оценкам, на поверхности Луны находится не менее 1,1 миллиона метрических тонн гелия-3, что достаточно для удовлетворения потребностей человечества в энергии на срок до 10 000 лет.
Можно ли использовать гелий-3 в ближайшем будущем, или до технологии еще далеко?
Итак, теперь на Землю? Какова реальность фактического использования Гелия-3. Реальность не так однозначна. Самые передовые программы термоядерного синтеза в мире — это термоядерный синтез с инерционным удержанием (например, Национальная установка зажигания и термоядерный синтез с магнитным удержанием (например, ИТЭР) и другие. В случае первого нет надежной дорожной карты для производства электроэнергии. В случае В последнем случае коммерческое производство электроэнергии не ожидается примерно до 2050 г. В обоих случаях обсуждаемый тип синтеза является простейшим: дейтериево-тритиевый синтез.
Причиной этого является очень низкий кулоновский барьер для этой реакции; барьер намного выше, а для 3He–3He он еще выше. Огромная стоимость реакторов, таких как ITER и National Ignition Facility , во многом обусловлена их огромными размерами, однако для масштабирования до более высоких температур плазмы потребуются реакторы еще большего размера. Протон с энергией 14,7 МэВ и альфа-частица с энергией 3,6 МэВ в результате синтеза D-3He, а также более высокая эффективность преобразования означают, что на килограмм получается больше электричества, чем при синтезе DT (17,6 МэВ), но не намного больше. д., скорость реакции для реакций синтеза гелия-3 не особенно высока, и для производства такого же количества электроэнергии требуется еще более крупный реактор или несколько реакторов.
Чтобы попытаться обойти эту проблему огромных электростанций, которые могут быть даже неэкономичными при синтезе DT, не говоря уже о гораздо более сложном синтезе D–3He, был предложен ряд других реакторов – Polywell Fusion и другие, хотя многие из этих концепций имеют фундаментальные проблемы с достижением чистого прироста энергии и, как правило, пытаются достичь синтеза в тепловом неравновесии, что потенциально может оказаться невозможным, и, следовательно, эти долгосрочные программы, как правило, имеют проблемы с финансированием, несмотря на их низкие бюджеты.