Mēness ieguve

21. gadsimta sākumā retais būtu paredzējis, ka līdz 2007. gadam notiks otrās sacensības par Mēnesi. Tomēr pazīmes liecina, ka tagad tas tā ir. Turklāt mūsdienu mēness sacīkstēs, atšķirībā no sacīkstēm, kas notika starp ASV un ASV 1960. gados, sacenšas pilns 21. gadsimta globālo lielvaru saraksts, tostarp Ķīna un Indija.





Karstās gāzes: Viskonsinas-Medisonas Universitātes Kodolsintēzes tehnoloģiju institūta pētnieki pārbauda šo kodolsintēzes reaktoru, kas parādīts ar skatu uz režģi, kurā notiek interāla elektrostatiskā norobežošana.

Vēl pārsteidzošāk ir tas, ka viens no intereses iemesliem, šķiet, ir plāni iegūt hēliju-3, kas it kā ir ideāla degviela kodolsintēzes reaktoriem, bet gandrīz nav pieejama uz Zemes, no Mēness virsmas. NASA kosmosa izpētes vīzija paredz, ka 2020. gadā ASV astronauti atgriezīsies uz Mēness un līdz 2024. gadam tajā pastāvīgi strādās bāzē. Lai gan ASV kosmosa aģentūra nav nedz paziņojusi, nedz noliegusi vēlmi iegūt hēliju-3, tā tomēr ir izvirzījusi aizstāvjus ieguves He3 ietekmīgos amatos. Savukārt Krievija apgalvo, ka jebkuras pašas Mēness programmas mērķis ir raķešu korporācija. Enerģija nesen sāka bliezt, padomju stilā, ka būvēs a pastāvīgā mēness bāze līdz 2015.–2020. gadam – iegūs He3.

Arī ķīnieši acīmredzot uzskata, ka hēlijs-3 no Mēness var nodrošināt kodolsintēzes iekārtas uz Zemes. Šoruden Tautas Republika plāno orbītā ap Mēnesi ap satelītu un pēc tam 2011. gadā tur nolaist bezpilota transportlīdzekli.



Arī Indija negrasās palikt malā. (Skatiet Indijas kosmosa ambīcijas .) Pagājušajā pavasarī tās prezidents A.P.J. Kalams un tā premjerministrs Manmohans Singhs teica lielas runas, apgalvojot, ka ne tikai orbītā un uz Mēness būvē milzīgus saules kolektorus, bet arī pasaules lielākā demokrātija plāno iegūt He3 no Mēness virsmas. Indijas zonde, Čandrayaan-1 , pacelsies nākamgad, un ISRO, Indijas Kosmosa pētniecības organizācija, runā par nosūtīšanu Čandrajana-2 , virszemes lidmašīnu, 2010. vai 2011. gadā. Vienlaikus Japāna un Vācija arī rada troksni par savu Mēness misiju uzsākšanu aptuveni tajā laikā un runā par iespēju iegūt He3 un atgriezt to kodolsintēzes kodolreaktoros. Zeme.

Vai He3 no Mēness patiešām varētu būt reāls risinājums mūsu enerģijas vajadzībām uz Zemes? Tiek prognozēts, ka mūsdienās praktiskā kodolsintēze būs pēc piecām desmitgadēm tālāk — tas pats pareģojums, kas tika izteikts 1958. gada konferencē Atoms mieram Briselē. Ja kopš 1958. gada kodolsintēzes enerģijas ieviešanas datums ir bijis 50 gadu attālumā, kāpēc hēlijs-3 pēkšņi padarītu kodolsintēzes enerģiju pieejamāku?

Uz He3 balstītas kodolsintēzes aizstāvji norāda uz faktu, ka pašreizējie centieni attīstīt uz kodolsintēzi balstītu elektroenerģijas ražošanu, piemēram, ITER megaprojektā izmantot deitērija-tritija degvielas ciklu, kas ir problemātiski. (Skatīt Starptautiskos kodolsintēzes pētījumus.) Deitērijs un tritijs ir abi ūdeņraža izotopi, un, kad tie tiek sapludināti pārkarsētā plazmā, divi kodoli savienojas, veidojot hēlija kodolu, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem, un augstas enerģijas neitronu. . Deitērija-tritija saplūšanas reakcija atbrīvo 80 procentus no savas enerģijas augstas enerģijas neitronu plūsmā, kas ļoti iznīcina visu, ko tie skar, tostarp reaktora norobežojošo tvertni. Tā kā tritijs ir ļoti radioaktīvs, tas padara ierobežošanu par lielu problēmu, jo struktūras vājina un ir jāaizstāj. Tādējādi neatkarīgi no materiāliem, kas tiek izmantoti deitērija-tritija kodolsintēzes elektrostacijā, būs jāizcieš nopietns sods. Un, ja tas ir sasniedzams, kad kodolsintēzes reaktora ekspluatācija tiks pārtraukta, joprojām būs daudz radioaktīvo atkritumu.



Hēlija-3 aizstāvji apgalvo, ka tas, gluži pretēji, nebūtu radioaktīvs, novēršot visas šīs problēmas. Taču kāds nopietns kritiķis ir apsūdzējis, ka patiesībā He3 kodolsintēze pat nav iespējama iespēja. gada augusta numurā Fizikas pasaule , teorētiskais fiziķis Frenks Klūzs Oksfordā Apvienotajā Karalistē ir publicējis rakstu ar nosaukumu Bailes par faktoīdiem kurā, cita starpā, viņš apkopo dažus hēlija cienītāju apgalvojumus, pēc tam noraida šos apgalvojumus kā būtībā fantāzijas.

Close norāda, ka tokamakā — mašīnā, kas ģenerē virtuļa formas magnētisko lauku, lai ierobežotu saplūšanai nepieciešamās pārkarsētās plazmas, deitērijs ar hēliju-3 reaģē līdz pat 100 reizēm lēnāk nekā ar tritiju. Plazmā, kas atrodas tokamakā, Close uzsver, visi degvielā esošie kodoli tiek sajaukti, tāpēc visticamāk, ka divi deitērija kodoli ātri saplūst un radīs tritija kodolu un protonu. Šis tritijs, savukārt, visticamāk, saplūst ar deitēriju un beidzot iegūs vienu hēlija-4 atomu un neitronu. Īsāk sakot, Close saka, ja hēlijs-3 tiek iegūts no Mēness un nogādāts uz Zemi, standarta tokamakā gala rezultāts joprojām būs deitērija-tritija saplūšana.

Otrkārt, Close noraida apgalvojumu, ka divus hēlija-3 kodolus reāli varētu savienot viens ar otru, lai iegūtu deitēriju, alfa daļiņu un enerģiju. Šī reakcija notiek pat lēnāk nekā deitērija-tritija saplūšana, un degviela būtu jāuzsilda līdz nepraktiski augstai temperatūrai — pēc dažiem aprēķiniem sešas reizes pārsniedz saules iekšpuses siltumu —, kas nebūtu sasniedzams nevienam tokamakam. Tādējādi Close secina, ka stāsts par mēness hēlija-3, manuprāt, ir mēness spīdums.



Tomēr Close iebildums pieņem, ka deitērija-hēlija-3 saplūšana un tīra hēlija-3 saplūšana notiktu reaktoros, kuru pamatā ir tokamaka. Var būt alternatīvas: piemēram, Džeralds Kuļčinskis Viskonsinas-Medisonas universitātes kodolinženierijas profesors ir uzturējis pasaulē vienīgo hēlija-3 kodolsintēzes reaktoru ar gada budžetu, kas ir gandrīz sešciparu skaitlis.

Kulčinska He3 kodolsintēzes reaktors, kas atrodas Viskonsinas Universitātes Kodolsintēzes tehnoloģiju institūtā, ir ļoti mazs. Darbojoties tajā ir aptuveni 10 centimetru diametra sfēriska plazma, kas var radīt ilgstošu saplūšanu ar 200 miljoniem reakciju sekundē. Lai saražotu milivatu jaudu, diemžēl reaktors patērē kilovatu. Tādējādi Close atbilde ir pietiekami pamatota: kad praktiski notiek kodolsintēze ar demonstrētu tīro jaudu, es un visas pasaules kodolsintēzes kopiena varu ņemt vērā.

Tomēr šī kritika vienlīdz attiecas uz ITER un uz tokamaku balstīto reaktoru, kas arī vēl nav sasnieguši līdzsvara līmeni (punkts, kurā kodolsintēzes reaktors ražo tik daudz enerģijas, cik patērē). Viskonsīnas reaktorā ir svarīgi, ka, kā saka Kulčinskis, mēs veicam gan deitērija-He3, gan He3-He3 reakcijas. Mēs katru dienu veicam deitērija-He3 saplūšanas reakcijas, tāpēc mēs esam ļoti pazīstami ar šo reakciju. Mēs arī darām He3-He3, jo, ja mēs to spēsim kontrolēt, tam būs milzīgs potenciāls.



Kodolsintēzes tehnoloģiju institūta reaktorā tiek izmantota tehnoloģija, ko sauc inerciālā elektrostatiskā norobežošanās (IEC). Kulčinskis skaidro: ja mēs izmantotu tokamaku, lai izveidotu deitēriju-hēliju-3, tam vajadzētu būt lielākam par ITER ierīci, kas jau tagad izstiepj uzticamības robežas. No otras puses, mūsu IEC ierīces ir galda izmēra, un mūsu deitērija-He3 darbības laikā mēs iegūstam dažus neitronus, kas rodas blakusreakcijā ar deitēriju. Tomēr Kulčinskis turpina, kad notiek blakusreakcijas, kas ietver divu deitērija kodolu saplūšanu, veidojot tritija kodolu un protonu, saražotais tritijs ir tik augstākā enerģijas līmenī nekā norobežojošā sistēma, ka tas nekavējoties izplūst. Līdz ar to radioaktivitāte mūsu deitērija-He3 sistēmā ir tikai 2 procenti no radioaktivitātes deitērija-tritija sistēmā.

Nozīmīgāka ir He3-He3 kodolsintēzes reakcija, ko Kulčinskis un viņa palīgi ražo ar savu IEC bāzes reaktoru. Kulčinska reaktorā divi hēlija-3 kodoli, katrs ar diviem protoniem un vienu neitronu, tā vietā saplūst, veidojot vienu hēlija-4 kodolu, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem un diviem ļoti enerģiskiem protoniem.

He3-He3 nav viegli veicināma reakcija, saka Kulčinskis. Bet He3-He3 saplūšanai ir vislielākais potenciāls. Tas ir tāpēc, ka hēlijs-3, atšķirībā no tritija, nav radioaktīvs, kas, pirmkārt, nozīmē, ka Kulčinska reaktoram nav nepieciešams masīvais ierobežošanas trauks, kas nepieciešams deitērija-tritija saplūšanai. Otrkārt, protoniem, ko tas ražo, atšķirībā no neitroniem, kas rodas deitērija-tritija reakcijās, ir lādiņi, un tos var ierobežot, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus, kas savukārt rada tiešu elektroenerģijas ražošanu. Kulčinskis stāsta, ka viens no viņa absolventu asistentiem Kodolsintēzes tehnoloģiju institūtā strādā pie cietvielu ierīces, lai uztvertu protonus un pārvērstu to enerģiju tieši elektrībā.

Tomēr Kulčinska reaktors pierāda tikai teorētisko He3-He3 kodolsintēzes iespējamību un priekšrocības, un komerciālā dzīvotspēja ir gaidāma gadu desmitiem nākotnē. Viņš saka, ka pašlaik Enerģētikas departaments mums pateiks: 'Mēs nodrošināsim kodolsintēzes darbību. Bet jūs nekad neatgriezīsities uz Mēness, un tas ir vienīgais veids, kā iegūt milzīgu daudzumu hēlija-3. Tāpēc aizmirstiet to.' Tikmēr NASA ļaudis mums saka: 'Mēs varam iegūt hēliju-3. Bet kodolsintēze nekad neiedarbosies.’ Tāpēc DOE neuzskata, ka NASA var paveikt savu darbu, NASA nedomā, ka DOE var paveikt savu darbu, un mēs esam pa vidu, cenšoties panākt, lai abas sadarbotos. Šobrīd Kulčinska finansējumu nodrošina divas turīgas personas, kuras, pēc viņa teiktā, interesējas tikai par pētījumiem un negaidot finansiālu peļņu.

Kopumā hēlijs-3 ir zemu nokarenais auglis starp potenciālajiem kurināmajiem, lai radītu praktisku kodolsintēzes enerģiju, un mums būs jāsasniedz Mēness, lai to noplūktu. Tomēr, ja ir iespējams realizēt tīru uz He3 balstītu kodolsintēzes jaudu, tam būtu milzīgas priekšrocības.

paslēpties