NA novije vrijeme, osobito nakon što su Sjedinjene Države ubrzale rad na svom lunarni program, tema helija-3 kao temelja nuklearne energije budućnosti sve je više preuveličana. O ovom elementu čak se snimaju fantastični filmovi. Što je helij-3, gdje ga nabaviti i kakve dobrobiti obećava čovječanstvu!

REAKTOR BEZ ZRAČENJA

Helij-3 (³He) je jedan od izotopa helija koji ima jedan neutron u jezgri, a ne dva. Na Zemlji rezerve helija-3 iznose 0,000137%. ukupno elemenata i procjenjuju se na 35 tisuća tona. Gotovo sav raspoloživi helij-3 sačuvan je od nastanka našeg planeta.

Zanimanje za ovaj izotop helija pojačalo se nakon što je postalo jasno da je čovječanstvo vrlo blizu ozbiljne energetske krize. Rezerve ugljikovodika su pri kraju, a za nekoliko desetljeća potpuno ćemo ih iscrpiti. Alternativni izvori energije poput vjetra, sunca, plime i oseke, geotermalne aktivnosti ne mogu pokriti sve potrebe čovječanstva. Ostale su rezerve ugljena, koje će trajati oko 200-300 godina. Međutim, kako se udio ugljena u suvremenoj energetici povećava, to bi se razdoblje moglo značajno smanjiti. Osim toga, procesi sagorijevanja i iskopavanja ugljena ozbiljno utječu na ekosustav planeta.

Dakle, jedini izvor energije koji će dugo trajati je energija koja se temelji na fisiji jezgri urana. Već danas nuklearna energija čini gotovo 7% globalne energetske bilance. I svake godine udio njegovog sudjelovanja raste. No uz to se sve više postavlja pitanje glavnog problema svih nuklearnih elektrana - odlaganja i skladištenja radioaktivnog otpada, kojeg je svake godine sve više. I ovdje bi idealno rješenje bilo korištenje goriva temeljenog na reakcijama termonuklearne fuzije s helijem-3.

Radi se o tome da nuklearne reakcije koje uključuju helij-3, za razliku od drugih nuklearnih reakcija, ne oslobađaju neutrone, već protone. Neutroni su iznimno aktivne čestice, sposobni su prodrijeti duboko u strukturne materijale nuklearnog reaktora, uništavajući njihovu strukturu i čineći ih radioaktivnima. To dovodi do toga da se svakih nekoliko godina moraju mijenjati pojedini dijelovi i sklopovi kako bi reaktor mogao normalno raditi. Osim toga, tu je i problem zbrinjavanja i odlaganja nuklearnog otpada.

Protoni, za razliku od neutrona, ne induciraju radioaktivnost i ne mogu prodrijeti u strukture. Protok protona je, zapravo, protok vodika. A materijali od kojih su sastavljene komponente reaktora helij-3 mogu služiti desetljećima. Općenito, reakcija koja uključuje ³He je 50 puta manje radioaktivna od uobičajene reakcije interakcije deuterija s tricijem (D + T).

Dakle, glavna prednost helija-3 nije toliko u njegovoj energetskoj vrijednosti, koliko u gotovo potpunoj ekološkoj sigurnosti.

MJESEČEVE NASLAGE

Gdje se može eksploatirati helij-3 u potrebnim razmjerima? Na Zemlji je ovaj izotop sadržan u tako zanemarivim količinama da nema govora o njegovom industrijskom izdvajanju. Odgovor na ovo pitanje odavno je poznat – na Mjesecu.

Činjenica da Mjesec ima ogromne rezerve helija-3 postala je poznata kada su prve uzorke Mjesečevog tla donijeli na Zemlju sovjetska automatska vozila Luna i američki astronauti tijekom programa Apollo.

Pokazalo se da je relativna koncentracija izotopa u Mjesečevom tlu 1000 puta veća nego u zemljinoj unutrašnjosti. Razlog za ovu pojavu leži u redovitom zračenju Mjesečeve površine korpuskularnim zračenjem Sunca. Činjenica je da, nemajući zaštitu u obliku jake magnetsko polje, površinski prašnjavi sloj (regolit) Mjeseca redovito prima ogromnu dozu zračenja. Tijekom tog procesa u njega se unosi veliki broj elemenata, prvenstveno izotopa vodika i helija.

Prema preliminarnim procjenama, ukupne rezerve helija-3 na Mjesecu iznose oko milijun tona. Ova količina izotopa bila bi dovoljna čovječanstvu za tisuću godina. Njegova energetska učinkovitost je takva da 1 tona helija-3 može zamijeniti 20 milijuna tona nafte, što će omogućiti izlaznu snagu od 10 GW nuklearnih elektrana tijekom godine. Jedna tona Mjesečevog tla sadrži 10 mg helija-3, što odgovara oslobađanju energije od 1 m³ nafte. Možemo reći da je površina Mjeseca neprekinuti ocean nafte. Čovječanstvu je potrebno 200 tona helija godišnje, potražnja ruske energetske industrije procjenjuje se na 20-30 tona helija-3 godišnje.

Međutim, bez obzira koliko su velike ukupne rezerve ³He, sadržaj izotopa u Mjesečevom tlu je još uvijek vrlo mali (oko 10 mg po toni stijene). Dakle, da bi se zadovoljile potrebe čovječanstva, potrebno je otvoriti 20 milijardi tona regolita godišnje. S obzirom na prosječnu debljinu sloja regolita od 3 m, ukupna rudarska površina bit će 30 na 100 km.

Danas, kada se slanje i nekoliko stotina kilograma tereta na Mjesec smatra velikim postignućem, prerada milijardi tona Mjesečevog tla doživljava se kao apsolutno fantastičan projekt. Stoga bi prava odluka bila ne transportirati lunarno tlo na Zemlju, već organizirati na samom Mjesecu potpuni ciklus za dobivanje gotovog izotopa helija-3 - od rudarenja stijena do njegovog obogaćivanja.

POTEŠKOĆE PLIJENA

Međutim, 20 milijardi tona preopterećenja Mjesečevog tla samo se čini kao fantastičan pothvat. Sada se na Zemlji iskopa oko 5 milijardi tona ugljena godišnje. Volumen preopterećenja zemljinog tla je oko 50 milijardi tona. Odnosno, trenutni tempo razvoja zemljine unutrašnjosti prilično je usporediv u razmjerima s onim što možemo očekivati ​​na Mjesecu. Istodobno, na Mjesecu neće biti problema povezanih s ekološkim posljedicama raskrivanja, tako da ukupna učinkovitost rudarenja lunarnog tla može biti nekoliko puta veća nego na Zemlji. Ne zaboravite da je sila gravitacije na Mjesecu šest puta manja nego na Zemlji. To će zauzvrat značajno povećati brzinu razvoja tla.

Što se tiče tehničke strane problema, Zemljina znanost i tehnologija su dovoljno razvijene da započnu organizirati proces prijenosa dijela rudarske i prerađivačke i ekstraktivne industrije na Mjesec. Naravno, ovaj proces će trajati više od desetak godina, pa što prije započnemo, prije ćemo dobiti željeni rezultat.

Moramo početi sada pripremna faza, koji sadrži geološke istražne i ispitne radove, koji se trebaju provoditi u okviru općeg istraživački rad na Mjesecu. Jedan od prvih trebao bi biti rad na studiju unutarnja struktura Mjeseci planirani u programu Luna-Globe. Tijekom provedbe ovog programa planira se pribaviti podatke o kemijska struktura donji Mjesečev plašt, kao i za određivanje veličine Mjesečeve jezgre.

Sljedeća faza rada bit će isporuka funte s Mjeseca na Zemlju. Ovdje bi glavni naglasak trebao biti na bespilotnim letjelicama koje će prikupljati uzorke Mjesečevog tla i dostavljati ih do modula za slijetanje. Osim toga, roveri se mogu zadužiti za izgradnju dugoročne mreže seizmičkih senzora čiji će pulsovi dati sveobuhvatnu sliku onoga što se događa u unutrašnjosti Mjeseca. U isto vrijeme, bit će potrebno mapirati mjesečevu površinu za sadržaj helija-3.

REAKTOR HELIJ-3

I na kraju, ostaje posljednje pitanje - stvaranje termonuklearnog reaktora, koji koristi gorivo na bazi helija-3. Danas takav reaktor postoji samo u teoriji. Iako rad na kontroliranoj termonuklearnoj fuziji već kreće u praksu. U Francuskoj je u punom jeku gradnja eksperimentalnog termonuklearnog reaktora ITER koji će koristiti reakciju fuzije deuterija s tricijem. Trošak izgradnje prvotno je procijenjen na 5 milijardi eura, a prvi stupanj reaktora planiran je za puštanje u rad do 2016. godine. Međutim, kasnije su se troškovi udvostručili, a datum početka pomaknut na 2020. godinu. ITER će biti građevina visoka 60 metara i teška oko 23.000 tona. Posebna pažnja pri izradi bila je posvećena problemu radijacijske sigurnosti. Međutim, reaktor tipa ITER nije prikladan za rad s helijem-3. Činjenica je da će za takvu reakciju biti potrebno stvoriti temperaturu koja je tri puta viša od temperature u jezgri ITER-a.

S obzirom da je od trenutka otkrića nuklearnih reakcija do stvaranja termonuklearnog reaktora tipa ITER čovječanstvo prošlo dugih 50 godina, može se pretpostaviti da će stvaranje reaktora helij-3 trajati otprilike 20-30 godina. godine.

Sastav i struktura

Fizička svojstva

Korištenje

Brojači neutrona

Brojači plinova punjeni helijem-3 koriste se za detekciju neutrona. Ovo je najčešća metoda za mjerenje toka neutrona. Oni reagiraju

n+ 3 He → 3 H + 1 H + 0,764 MeV.

Nabijene produkte reakcije - triton i proton - registrira plinski brojač koji radi u načinu proporcionalnog brojača ili Geiger-Mullerovog brojača.

Postizanje ultraniskih temperatura

Otapanjem tekućeg helija-3 u heliju-4 postižu se temperature milikelvina.

Lijek

Polarizirani helij-3 (može se pohraniti dulje vrijeme) nedavno se koristi u magnetskoj rezonanciji za snimanje pluća pomoću nuklearne magnetske rezonancije.

Cijena

Prosječna cijena helija-3 u 2009. bila je 930 dolara po litri.

Helij-3 kao nuklearno gorivo

Reakcija 3 He + D → 4 He + p ima brojne prednosti u odnosu na najostvariviju reakciju deuterij-tricij T + D → 4 He + n u zemaljskim uvjetima. Ove prednosti uključuju:

Nedostaci reakcije helij-deuterij uključuju značajno viši temperaturni prag. Prije početka mora se postići temperatura od oko milijardu stupnjeva.

Trenutno se helij-3 ne izdvaja iz prirodnih izvora, već se stvara umjetno, tijekom raspada tricija. Potonji je proizveden za termonuklearno oružje ozračivanjem bora-10 i litija-6 u nuklearnim reaktorima.

Planovi za iskopavanje helija-3 na Mjesecu

Helij-3 je nusprodukt reakcija koje se odvijaju na Suncu. Na Zemlji se vadi u vrlo malim količinama, procjenjuje se na nekoliko desetaka grama godišnje.

Nestabilan (manje od jednog dana): 5 He: Helij-5, 6 He: Helij-6, 7 He: Helij-7, 8 He: Helij-8, 9 He: Helij-9, 10 He: Helij-10

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

Pogledajte što je "helij-3" u drugim rječnicima:

- (lat. Helium) He, kemijski element VIII skupine periodni sustav, atomski broj 2, atomska masa 4.002602, odnosi se na plemenite plinove; bez boje i mirisa, gustoće 0,178 g/l. Teže ga je ukapljiti od svih poznatih plinova (na 268,93 °C); ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (grčki, od helyos sunce). Elementarno tijelo otkriveno u Sunčevom spektru i prisutno na Zemlji u nekim rijetkim mineralima; nalazi se u zraku u tragovima. Rječnik strane riječi uključen u ruski jezik. Chudinov A.N ... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

- (simbol He), plinoviti nemetalni element, PLEMENITI PLIN, otkriven 1868. Prvi put dobiven iz minerala clevit (raznolikost uranita) 1895. Trenutačno je njegov glavni izvor prirodni plin. Također sadržano u... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

Ja, muž. , staro Eliy, I. Otac: Gelievich, Gelievna.Izvedenice: Gelya (Gela); Elya.Podrijetlo: (Od grč. hēlios sunce.) Imendan: 27. srpnja Rječnik osobnih imena. Helij Vidi Ellius. Dnevni anđeo. Referenca… Rječnik osobnih imena

HELIJ- kem. element, simbol He (lat. Helium), at. n. 2, na. m. 4.002, odnosi se na inertne (plemenite) plinove; bez boje i mirisa, gustoće 0,178 kg/m3. U normalnim uvjetima, vodik je monoatomski plin, čiji se atom sastoji od jezgre i dva elektrona; formiran... Velika politehnička enciklopedija

Trebat će dosta vremena, prema životnim standardima ljudska civilizacija budući da će se fosilno prirodno bogatstvo iscrpiti. Među mogućim kandidatima za zamjenu nafte i plina su ili solarna energija, ili energija vjetra, ili vodik. NA posljednjih godina sve se češće može čuti o novom spasu za planet tzv helij-3. Da se ova tvar može koristiti kao sirovina za elektrane, razmišljalo se relativno nedavno.

Opći podaci o tvari: svojstva

Godine 1934. australski fizičar Mark Oliphant, dok je radio u laboratoriju Cavendish na Sveučilištu Cambridge u Engleskoj, došao je do izuzetnog otkrića. Tijekom prve demonstracije nuklearne fuzije bombardiranjem mete deuterona, pretpostavio je postojanje novog izotopa kemijski element na broju 2. Danas je poznat i kao helij-3.

Ima sljedeće Svojstva:

• Sadrži dva protona, jedan neutron i dva elektrona;
• Među svim poznatim elementima, to je jedini stabilni izotop koji ima više protona nego neutrona;
• Vri na 3,19 Kelvina (-269,96 stupnjeva Celzijusa). Tijekom vrenja tvar gubi polovicu svoje gustoće;
• Kutni moment je ½, što ga čini fermionom;
• Latentna toplina isparavanja je 0,026 kJ/mol;

Pet godina nakon otkrića Marka Oliphanta, njegove teorijske konstrukcije dobile su eksperimentalnu potvrdu. I nakon 9 godina znanstvenici su uspjeli dobiti spoj u tekući oblik . Kako se pokazalo, u takvim agregatno stanje helij-3 ima superfluidna svojstva.

Drugim riječima, na temperaturama blizu apsolutna nula, može prodrijeti kroz kapilare i uske proreze, uz malo ili nimalo otpora trenju.

Ekstrakcija helija-3 na Mjesecu

Tijekom milijardi godina, solarni vjetar je taložio ogromnu količinu helija-3 u površinski sloj regolita. Prema procjenama, njegova količina na Zemljinom satelitu može doseći 10 milijuna tona.

Mnoge svemirske sile imaju program za ekstrakciju ove tvari za potrebe naknadne termonuklearne fuzije:

• U siječnju 2006. ruska tvrtka Energia objavila je planove za početak geoloških radova na Mjesecu do 2020. godine. Danas je budućnost projekta neizvjesna zbog teške ekonomske situacije u zemlji;
• Godine 2008. Indijska organizacija istraživanja svemira poslao sondu na površinu zemljinog satelita, čiji je jedan od ciljeva bio proučavanje minerala koji sadrže helij;
• Kina također ima svoje poglede na nalazišta dragocjenih sirovina. Prema planovima, prema satelitu bi trebala slati tri shuttlea godišnje. Energija proizvedena iz ovog goriva više će nego pokriti potrebe cijelog čovječanstva.

Zasad je to san koji se može vidjeti samo u znanstveno-fantastičnim filmovima. Među njima su "Mjesec" (2009.) i "Željezno nebo" (2012.).

U ovom videu fizičar Boris Romanov otkrit će vam u kakvom je obliku helij-3 na Mjesecu i je li ga moguće uvesti od tamo:

Geokemijski podaci

Izotop je također prisutan na planeti Zemlji, ali u manjim količinama:

• Ovo je glavna komponenta zemljinog plašta, koja je sintetizirana tijekom formiranja planeta. Njegova ukupna masa u ovom dijelu planeta je, prema različitim procjenama, od 0,1 do 1 milijun tona;
• Izlazi na površinu kao rezultat aktivnosti vulkana. Dakle, brda Havajskog otočja emitiraju oko 300 grama ove tvari godišnje. Srednjooceanski grebeni - oko 3 kilograma;
• Na mjestima gdje jedan litosferna ploča drugi može sadržavati stotine tisuća tona izotopa helija. Izvucite ovo bogatstvo industrijski način na sadašnja faza tehnološki razvoj nije moguć;
• Priroda nastavlja proizvoditi ovaj spoj sve do sada, kao rezultat raspadanja radioaktivni elementi u kori i plaštu;
• Može se naći u relativno malim količinama (do 0,5%) u nekim izvorima prirodnog plina. Prema procjenama stručnjaka, godišnje se u procesu transporta prirodnog plina izdvoji 26 m 3 helija-3;
• Prisutan je i u zemljinoj atmosferi. Njegov specifičan udio je otprilike 7,2 dijela na trilijun atoma drugih atmosferskih plinova. Prema posljednjim procjenama, ukupna masa atmosferskog 3 2 on doseže najmanje 37 tisuća tona.

Suvremena uporaba tvari

Gotovo sav izotop koji se koristi u nacionalnom gospodarstvu dobiva se radioaktivni raspad tricij bombardiran litij-6 neutronima u nuklearnom reaktoru.

Desetljećima helij-3 bio je samo nusproizvod u proizvodnji bojevih glava atomsko oružje . No, nakon potpisivanja ugovora START-1 1991. velesile su smanjile proizvodnju projektila, zbog čega su se smanjili i proizvodi proizvodnje.

Danas je opseg proizvodnje izotopa u porastu jer je pronašao nove namjene:

1. Zbog relativno visokog žiromagnetskog omjera, čestice ove tvari koriste se u medicinskoj tomografiji pluća. Bolesnik udahne plinska smjesa koji sadrži hiperpolarizirane atome helija-3. Zatim, pod utjecajem infracrvenog laserskog zračenja, računalo crta anatomske i funkcionalne slike organa;
2. U znanstvenim laboratorijima ovaj se spoj koristi u kriogene svrhe. Isparavanjem s površine hladnjaka moguće je postići vrijednosti blizu 0,2 kelvina;
3. Posljednjih godina sve je popularnija ideja o korištenju tvari kao sirovine za elektrane. Prva takva instalacija izgrađena je 2010. godine u dolini Tennessee (SAD).

Helij-3 kao gorivo

Drugi, revidirani pristup korištenju kontrolirane termonuklearne energije uključuje korištenje 3 2 he i deuterija kao sirovina. Rezultat takve reakcije bit će ion helija-4 i protoni visoke energije.

Teoretski, ova tehnologija ima sljedeće prednosti:

1. Visoka učinkovitost, jer se elektrostatičko polje koristi za kontrolu fuzije iona. Kinetička energija protona izravno se pretvara u električnu pretvorbom u čvrstom stanju. Nema potrebe graditi turbine, koje se koriste u nuklearnim elektranama za pretvaranje energije protona u toplinu;
2. Niži, u usporedbi s drugim vrstama elektrana, kapitalni i operativni troškovi;
3. Ni zrak ni voda nisu zagađeni;
4. Relativno male dimenzije zbog upotrebe modernih kompaktnih jedinica;
5. Nema radioaktivnog goriva.

Međutim, kritičari primjećuju značajnu "vlažnost" takve odluke. U najboljem slučaju komercijalna uporaba fuzije neće započeti do 2050.

Među svim izotopima kemijskog elementa s rednim brojem 2, helij-3 se izdvaja. Što je to može se ukratko opisati sljedećim svojstvima: stabilan je (to jest, ne prolazi kroz transformacije kao rezultat zračenja), ima superfluidna svojstva u tekućem obliku i ima relativno malu masu.

Video o nastanku helija-3 u svemiru

U ovom videu fizičar Daniil Potapov ispričat će vam kako je helij-3 nastao u svemiru, kakvu je ulogu imao u nastanku svemira:

Ima dva protona i dva neutrona.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ Helij - SUPERFLUIDAN I NAJHLADNIJI ELEMENT!

✪ Supertekući helij. Sveučilište u Stuttgartu

✪ Izgledi za termonuklearnu energiju (kaže fizičar Anton Tyulusov)

✪ Operacija "Helij"

✪ Operacija "Helij". 3. serija

titlovi

Želim vam preporučiti kanal Andreya diplome na kojem on snima video tečaj organska kemija za razred 10, više od 40 videa na 12 tema sada je dostupno na njegovom kanalu pretplatite se na andreyev kanal za objavljivanje i igrajte za 100 bodova, pa ću vam danas pričati o najčešćem plemenitom plinu u doglednom svemiru, koji, osim toga , također može steći jedinstvena superfluidna svojstva na ekstremno niskim temperaturama u kojima se susreće helij periodni sustav elemenata ovaj element je u gornjem desnom kutu, vrlo ga je lako pronaći pod brojem 2, mislim da se danas ljudi upoznaju s ovim inertnim plinom od djetinjstva, jer helij je zbog svoje lakoće u odnosu na zrak odličan za napuhavanje blagdanskih balona koji djeca toliko vole, to je sve zbog činjenice da je molarna masa helija oko sedam puta manja od molarne mase zraka, ali unatoč tome, u smislu rasprostranjenosti helija na zemlji, izuzetno je rijedak u zraku ; samo je jedan dio na milijun; dostiže i do sedam posto mase, a sve zbog toga što je rezultat radioaktivnog raspada urana ili torija na Zemljina kora helij se može akumulirati u podzemnim šupljinama s prirodnim plinom i ne pobjeći u atmosferu, međutim, ako ga uzmemo u većem mjerilu, onda u cijelom vidljivom svemiru, ili će zauzeti časno drugo mjesto po obilju među svim elementima, drugo mjesto na vodik i, u isto vrijeme, čineći oko četvrtinu svih atoma, zamislite samo da svi atomi teži od gela čine samo dva posto mase ukupne mase materije, ovdje možete osjetiti koliko smo mali na ljestvici svemiru glavni dio materije nalazi se u sastavu zvijezda ili u atmosferi plinovitih divova u kojoj se, kao i u cijelom svemiru, nalazi oko 20 posto mase materije, prema današnjim podacima glavnina gel koji se nalazi u prostoru nastao je tijekom veliki prasak prije otprilike 14 milijardi godina, vratimo se sada s neba na zemlju i razmotrimo svojstva ovog plina u opipljivijem eksperimentu. Imam malu ampulu s helijem, koji je pod vrlo niskim tlakom, oko jedne stotinke atmosferskog tlaka, vidi se da gel nema boju, nema okus ni miris, mogli biste znati ako ste ikada pokušali udisati ovaj plin, međutim, takvi eksperimenti su izuzetno opasni jer naše stanice ne udišu helij, za to im je potreban kisik , čak je natjerao sadašnje prodavače balona s gel balonima da im dodaju do 20 posto kisika koje ste objesili na zabavama postalo je sigurnije ako se visokofrekventno pražnjenje propusti kroz okulus s gelom visoki napon tada će početi mutno svijetliti narančačija će svjetlina ovisiti o naponu i o promjeru ampule koju sam koristio kao izvor napona za generator za koji je dpl znao i koji mi je dao priliku da ampulu držim u ruci i zbog prisutnosti električnog kapaciteta u mom tijelu, u principu, kao i u svakom drugom, za razliku od njega na ili ksenon helij se pali već na udaljenosti od žice generatora, budući da ima manju energiju ionizacije, nažalost, s kemijskog stajališta, ne blista baš zanimljivim uopće svojstava, ne reagira s gotovo nijednom tvari, iako u obliku plazme izgleda kao što vidite u gel ampuli može stvoriti izrazito nestabilan spoj s vodikom, deuterijem ili nekim metalima, a pri visokim tlakovima od tisućama atmosfera, čak se stvaraju posebne tvari klart i helios dušika, koji se u obliku kristala mogu uzgajati na dijamantnim podlogama, šteta što su sve te tvari vrlo nestabilne i gotovo ih je nemoguće vidjeti u normalnim uvjetima, ali nema potrebe za uzrujavanjem Uostalom, gel ima najzanimljivije i jedinstvenije fizička svojstva od svih plinova, činjenica je da kada se ohladi na temperaturu od 42 kelvina, zapravo postaje najlakša i ujedno najhladnija tekućina, čija je gustoća gotovo 10 puta manja od gustoće vode u stupnjevima Celzijusa, tekući helij se dobiva na ludih minus dvjesto šezdeset osam stupnjeva, što je jako hladno toliko hladno da neki metali na ovoj temperaturi postaju supravodiči, na primjer, živa ili niobij, da bi se održala tako niska temperatura, tekući helij se nalazi u dvostrukoj Dewarovoj posudi , koji se još izvana hladi tekućim dušikom.Ista tehnologija za hlađenje tekućeg helija koristi se u suvremenim uređajima za stvaranje nuklearne magnetske rezonancije u njima supravodične veze niobij se hladi tekućim helijem, koji je zbog svoje skupoće u hladiti jeftinijim tekućim dušikom, tako da tekući gel služi i za medicinu i za istraživanja znanstvenika, no ono najzanimljivije tek slijedi prije toga, pričao sam vam o prvom obliku tekućeg g helij, tzv. helij 1, ako ga počnete hladiti snižavanjem tlaka u posudi, tada će tekući helij na kraju prijeći preko tzv. linde. Naime, hladi se ispod temperature od dva puta sedamnaest stotinki kelvina i postaje drugi oblik tekućeg helija, nakon toga ključanje tekućine trenutno prestaje i tekući helij radikalno mijenja svoja svojstva na ovoj temperaturi, povećava se provodljivost topline tekućeg helija milijune puta i postaje veći od bakra ili srebra, stoga tekućina ne vrije jer se toplina prenosi trenutačno i ravnomjerno po cijelom volumenu, osim toga, kada se dosegne lambda točka, helij postaje superfluidna tekućina, tj. gubi apsolutno svu viskoznost, naime, otpor jednog dijela tekućine kretanju u odnosu na drugi, postoji izvrstan eksperiment koji to dokazuje ako se ulije u malu viseću šalicu preko struje helij se tada može podići duž stijenki posude u obliku tankog filma i istječe iz čašice, osim toga, lako prolazi kroz sloj keramike s veličinom pora od oko jednog mikrona, a što je temperatura tekućeg helija niža, to tekućina lakše prolazi kroz barijera iznenađujuće također činjenica da tekući helij u tako ohlađenom obliku još uvijek ima viskoznost koja se može vidjeti na 2 načina transformacije cilindra, slojevi tekućine još uvijek prenose rotaciju na lopatice odozgo, kao što može biti, ali ovdje drugi kvantni mehanizmi već igraju ulogu čije se ponašanje bitno razlikuje od zakona klasična mehanika kao da postoji viskoznost, ali ja u isto vrijeme nema, tako se to može načelno okarakterizirati, a usput, prvi put je fenomen superfluidnosti tekućeg helija otkrio sovjetski znanstvenik Peter Kapitsa 1938., a već 1962., Lev Landau je razvio teoriju ovog efekta, mislim da je to sve, ali ovdje opet čekamo temu zvijezda i svemirski letovi prije toga sam vam govorio o najčešćem izotopu helij i helij 4, koji ima dva protona i dva neutrona, međutim, još uvijek postoje izuzetno rijetki izotopi helij-3, koji imaju dva protona i jedan neutron, činjenica je da ovaj izotop izvrstan je za provođenje reakcija termonuklearne fuzije s deuterijem i teoretski ovaj proces može pomoći čovječanstvu da odustane od fosilnih goriva, no problem je u tome što je na zemlji ovaj izotop nevjerojatno rijedak jer odmah ispari iz atmosfere, ali na Mjesecu koji ne imaju atmosferu, ovaj je izotop hipotetski mnogo bolje očuvan, ljudi bi mogli izvući helij-3 iz regolitske mjesečeve prašine i koristiti ga kao izvor energije na zemlji, ali za sada se to čini samo kao fantazija na ovu temu, čak i izvrsno film je snimljen mjesec 2112, preporučam ga za gledanje, i na kraju možemo reći da je plin helij toliko čest prizor da ima nevjerojatna svojstva kada su niske temperature, njegova svojstva se danas koriste posvuda, na primjer u medicini ili za znanstveno istraživanje u kojem se npr. plinoviti helij koristi kao plin nosilac u kromatografiji, ali ako vam se svidio ovaj video ne zaboravite se pretplatiti na kanal i kliknuti na zvonce te staviti like kako biste saznali još novih i zanimljivih stvari u budućnosti

Prevalencija

Otvor

Postojanje helija-3 sugerirao je australski znanstvenik Mark Oliphant dok je radio na Sveučilištu Cambridge u. Ovaj izotop konačno su otkrili Luis Alvarez i Robert Kornog godine.

Fizička svojstva

Priznanica

Trenutačno se helij-3 ne vadi iz prirodnih izvora (na Zemlji su dostupne male količine helija-3 koje je iznimno teško ekstrahirati), već nastaje raspadom umjetno dobivenog tricija.

Cijena

Prosječna cijena helija-3 u 2009. godini bila je, prema nekim procjenama, oko 930 USD po litri.

Planovi za iskopavanje helija-3 na Mjesecu

Helij-3 je nusprodukt reakcija koje se odvijaju na Suncu i prisutan je u određenim količinama u solarnom vjetru i međuplanetarnom mediju. Helij-3 koji ulazi u Zemljinu atmosferu iz međuplanetarnog prostora brzo se rasipa natrag, njegova koncentracija u atmosferi je izuzetno niska

Hipotetski, tijekom termonuklearne fuzije, kada 1 tona helija-3 reagira s 0,67 tona deuterija, oslobađa se energija koja je ekvivalentna izgaranju 15 milijuna tona nafte (međutim, tehnička izvedivost ove reakcije još nije proučena) . Posljedično, stanovništvo našeg planeta lunarnog izvora helija-3 (prema maksimalnim procjenama) moglo bi biti dovoljno za oko pet tisućljeća. Glavni problem ostaje stvarnost vađenja helija iz lunarnog regolita. Kao što je gore spomenuto, sadržaj helija-3 u regolitu je ~1 g na 100 tona. Stoga, da bi se ekstrahirala tona ovog izotopa, najmanje 100 milijuna tona tla treba obraditi na licu mjesta.

Korištenje

Brojači neutrona

Brojači plinova punjeni helijem-3 koriste se za detekciju neutrona. Ovo je najčešća metoda za mjerenje toka neutrona. Oni reagiraju

n+ 3 He → 3 H + 1 H + 0,764 MeV.

Nabijene produkte reakcije - triton i proton - registrira plinski brojač koji radi u načinu proporcionalnog brojača ili Geiger-Mullerovog brojača.

Postizanje ultraniskih temperatura

Otapanjem tekućeg helija-3 u heliju-4 postižu se temperature milikelvina.

Lijek

Helij-3 kao nuklearno gorivo

Reakcija 3 He + D → 4 He + p ima brojne prednosti u odnosu na najostvariviju reakciju deuterij-tricij T + D → 4 He + n u zemaljskim uvjetima. Ove prednosti uključuju:

1. Desetke puta niži tok neutrona iz reakcijske zone, što dramatično smanjuje induciranu radioaktivnost i degradaciju strukturnih materijala reaktora;
2. Rezultirajući protoni, za razliku od neutrona, lako se hvataju i mogu se koristiti za stvaranje dodatne električne energije, na primjer, u MHD generatoru;
3. Polazni materijali za sintezu su neaktivni i njihovo skladištenje ne zahtijeva posebne mjere opreza;
4. U reaktorskoj nesreći s depresurizacijom jezgre, radioaktivnost ispuštanja je blizu nule.

Nedostaci reakcije helij-deuterij uključuju značajno viši temperaturni prag. Potrebno je postići temperaturu od približno 10 9 K zbog Coulombove barijere da bi se pokrenuo. A na nižoj temperaturi, termonuklearna reakcija fuzije jezgri deuterija jedna s drugom odvija se mnogo lakše, a reakcija između deuterija i helija-3 ne dolazi.

U umjetnosti

U djelima znanstvene fantastike (igre, filmovi, anime), helij-3 ponekad djeluje kao glavno gorivo i kao vrijedan resurs, uključujući i onaj iskopan na Mjesecu.

Radnja britanskog znanstveno-fantastičnog filma Luna 2112 iz 2009. temelji se na radu lunarnog rudarskog kompleksa. Kompleks osigurava ekstrakciju izotopa helija-3, uz pomoć kojeg je bilo moguće zaustaviti katastrofalnu energetsku krizu na Zemlji.

U političkoj komediji Iron Sky, lunarni helij-3 uzrok je međunarodnog nuklearnog sukoba oko rudarskih prava.

U animeu" planetes» Helij-3 se koristi kao gorivo za raketne motore itd.

Književnost

• Dobbs E.R. Helij Tri. - Oxford University press, 2000. ISBN 0-19-850640-6
• Galimov E.M. Ako imate energije, možete izvući sve - Rijetke zemlje. 2014. broj 2. S. 6-12.
• Nedostatak helija-3: Ponuda, potražnja i opcije za Kongres // FAS, 22. prosinca 2010. (engleski)

Bilješke

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C.

Helij-tri. Čudna i neshvatljiva fraza. Međutim, što dalje idemo, to ćemo ga više čuti. Jer, prema mišljenju stručnjaka, upravo će helij-tri spasiti naš svijet od nadolazeće energetske krize. I u ovom pothvatu najaktivnija uloga je dana Rusiji.

Mjesec

Obećavajuća termonuklearna energija, koja kao osnovu koristi reakciju fuzije deuterija i tricija, iako je sigurnija od energije nuklearne fisije, koja se koristi u modernim nuklearnim elektranama, ipak ima niz značajnih nedostataka.

• Prvo, ova reakcija oslobađa puno veći (za red veličine!) broj neutrona visoke energije. Nijedan od poznatih materijala ne može izdržati tako intenzivan tok neutrona dulje od šest godina - unatoč činjenici da ima smisla napraviti reaktor s resursom od najmanje 30 godina. Posljedično, trebat će zamijeniti prvu stijenku reaktora za fuziju tricija - a to je vrlo kompliciran i skup postupak, koji je povezan i s gašenjem reaktora na prilično dugo razdoblje.
• Drugo, potrebno je zaštititi magnetski sustav reaktora od snažnog neutronskog zračenja, što komplicira i, shodno tome, poskupljuje dizajn.
• Treće, mnogi elementi dizajna reaktora tricija nakon završetka rada bit će vrlo aktivni i zahtijevat će pokopavanje dugo vremena u skladišnim objektima posebno stvorenim za tu svrhu.

U slučaju korištenja deuterija s izotopom helija-3 umjesto tricija u termonuklearnom reaktoru većina problema se može riješiti. Intenzitet toka neutrona pada za faktor 30 - sukladno tome, moguće je lako osigurati radni vijek od 30-40 godina. Nakon završetka rada helijskog reaktora više se ne stvara visokoradioaktivni otpad, a radioaktivnost strukturnih elemenata bit će toliko niska da se mogu zakopati doslovno na gradskom odlagalištu, lagano posuti zemljom.

U čemu je problem? Zašto još uvijek ne koristimo tako isplativo fuzijsko gorivo?

Prije svega zato što je ovaj izotop izuzetno mali na našem planetu. Rađa se na Suncu, zbog čega se ponekad naziva i "solarni izotop". Njegova ukupna masa tamo premašuje težinu našeg planeta. Helij-3 solarni vjetar nosi u okolni prostor. Zemljino magnetsko polje skreće značajan dio ovog vjetra, pa je stoga helij-3 samo jedan bilijunti dio zemljina atmosfera- oko 4000 tona.Na samoj Zemlji to je još manje - oko 500 kg.

Na Mjesecu ima mnogo više ovog izotopa. Tamo se nalazi u "regolitu" mjesečevog tla, koji po sastavu nalikuje običnoj troski. Riječ je o ogromnim – gotovo neiscrpnim rezervama!

Analiza šest uzoraka tla koje su donijele ekspedicije Apollo i dva uzorka koje su dopremile sovjetske automatske stanice " Mjesec”, pokazalo je da regolit koji prekriva sva Mjesečeva mora i visoravni sadrži do 106 tona helija-3, što bi zadovoljilo potrebe Zemljine energije, čak nekoliko puta povećane u odnosu na moderne, za tisućljeće! Prema suvremenim procjenama, rezerve helija-3 na Mjesecu su tri reda veličine veće - 109 tona.

Osim na Mjesecu, helij-3 nalazi se iu gustim atmosferama divovskih planeta, a prema teorijskim procjenama njegove zalihe samo na Jupiteru iznose 1020 tona, što bi bilo dovoljno za napajanje Zemlje do kraja svijeta. .

Projekti proizvodnje helija-3

Regolit prekriva Mjesec slojem debljine nekoliko metara. Regolit Mjesečevih mora bogatiji je helijem od regolita platoa. 1 kg helija-3 nalazi se u približno 100 000 tona regolita.

Stoga je za izdvajanje dragocjenog izotopa potrebno obraditi golemu količinu mrvičastog Mjesečevog tla.

Uzimajući u obzir sve značajke, tehnologija proizvodnje helija-3 trebala bi uključivati ​​sljedeće procese:

1. Vađenje regolita.

Posebni "kombajni" sakupljat će regolit iz površinskog sloja debljine oko 2 m i dostavljati ga na mjesta obrade ili prerađivati ​​izravno u procesu rudarenja.

2. Oslobađanje helija iz regolita.

Kad se regolit zagrije na 600°C, oslobađa se (desorbira) 75% helija sadržanog u regolitu; kada se zagrije na 800°C, oslobađa se gotovo sav helij. Predlaže se zagrijavanje prašine u posebnim pećima, fokusirajući se sunčeva svjetlost bilo plastične leće ili ogledala.

3. Dostava na Zemlju svemirski brodovi za višekratnu upotrebu.

Tijekom ekstrakcije helija-3 iz regolita se izdvajaju i brojne tvari: vodik, voda, dušik, ugljični dioksid, dušik, metan, ugljični monoksid, - što može biti korisno za održavanje lunarnog industrijskog kompleksa.

Projekt prvog lunarnog kombajna, dizajniranog za obradu regolita i izdvajanje izotopa helija-3 iz njega, predložila je grupa J. Kulchinskog. Trenutno privatne američke tvrtke razvijaju nekoliko prototipova koji će, prema svemu sudeći, biti predani na natječaj nakon što NASA odluči o značajkama buduće ekspedicije na Mjesec.

Jasno je da će, osim isporuke kombajna na Mjesec, morati izgraditi skladišta, nastanjivu bazu (za servisiranje cijelog kompleksa opreme), svemirsku luku i još mnogo toga. Vjeruje se, međutim, da će se visoki troškovi izgradnje razvijene infrastrukture na Mjesecu dobro isplatiti s obzirom na to da dolazi globalna energetska kriza kada tradicionalne vrste nositelji energije (ugljen, nafta, prirodni plin) morat će se napustiti.

Glavni tehnološki problem

Na putu stvaranja energije na temelju helija-3 postoji jedan važan problem. Činjenica je da je reakciju deuterij-helij-3 mnogo teže provesti nego reakciju deuterij-tricij.

Prije svega, izuzetno je teško zapaliti smjesu ovih izotopa. Izračunata temperatura na kojoj će se odvijati termonuklearna reakcija u smjesi deuterija i tricija je 100-200 milijuna stupnjeva. Kada se koristi helij-3, potrebna temperatura je dva reda veličine viša. Zapravo, moramo zapaliti malo sunce na Zemlji.

Međutim, povijest razvoja nuklearne energije (posljednjih pola stoljeća) pokazuje porast generiranih temperatura za red veličine tijekom 10 godina. Godine 1990. helij-3 već je spaljivan u europskom JET tokamaku, a rezultirajuća snaga iznosila je 140 kW. Otprilike u isto vrijeme američki tokamak TFTR dosegao je temperaturu potrebnu za početak reakcije u smjesi deuterija i helija.

Međutim, zapaliti smjesu pola je uspjeha. Loša strana termonuklearne energije je teškoća u ostvarivanju praktičnih povrata, jer je radno tijelo plazma zagrijana na mnogo milijuna stupnjeva, koja se mora držati u magnetskom polju.

Pokusi kroćenja plazme provode se desetljećima, no tek su krajem lipnja prošle godine u Moskvi predstavnici niza zemalja potpisali sporazum o izgradnji Međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora (ITER) na jugu Francuske u grad Cadarache, prototip praktične termonuklearne elektrane. ITER će kao gorivo koristiti deuterij i tricij.

Fuzijski reaktor helij-3 bit će strukturno složeniji od ITER-a, a zasad ga nema ni u projektima. Iako se stručnjaci nadaju da će se prototip reaktora helij-3 pojaviti u sljedećih 20-30 godina, ova tehnologija ostaje čista fantazija.

Pitanje proizvodnje helija-3 analizirali su stručnjaci tijekom rasprava o budućem istraživanju i istraživanju Mjeseca, održanih u travnju 2004. u Pododboru za svemir i aeronautiku Odbora za znanost Zastupničkog doma američkog Kongresa. Njihov zaključak bio je nedvosmislen: čak iu dalekoj budućnosti ekstrakcija helija-3 na Mjesecu potpuno je neisplativa.

Kao što je rekao John Logsdon, direktor Instituta za svemirsku politiku u Washingtonu: “Američka svemirska zajednica ne smatra rudarenje helija-3 ozbiljnim izgovorom za povratak na Mjesec. Letjeti tamo po ovaj izotop je kao poslati Kolumba u Indiju po uran prije pet stotina godina. Može ga donijeti, i donio bi ga, samo nekoliko stotina godina nitko ne bi znao što bi s njim.

Eksploatacija helija-3 kao nacionalni projekt

“Sada govorimo o termonuklearnoj energiji budućnosti i novoj ekološkoj vrsti goriva koje se ne može proizvesti na Zemlji. Govorimo o industrijskom razvoju Mjeseca za ekstrakciju helija-3.

Ovu izjavu čelnika raketno-svemirske korporacije Energija Nikolaja Sevastjanova ruski znanstveni promatrači doživjeli su kao prijavu za formiranje novog "nacionalnog projekta".

Dapače, jedna od glavnih funkcija države, osobito u 20. stoljeću, bila je upravo formuliranje zadataka za društvo na rubu mašte. To se odnosilo i na sovjetsku državu: elektrifikacija, industrijalizacija, stvaranje atomska bomba, prvi satelit, turn of the rivers.

Danas u Ruskoj Federaciji država pokušava, ali ne može formulirati zadatke na rubu nemogućeg. Državi treba netko tko će joj pokazati jedan svenarodni projekt i opravdati dobrobiti koje teoretski proizlaze iz tog projekta. Program razvoja i proizvodnje helija-3 s Mjeseca na Zemlju u svrhu opskrbe termonuklearnom energijom gorivom idealno ispunjava te zahtjeve.

"Samo mislim da postoji nedostatak u nekom velikom tehnološkom problemu", rekao je Alexander Zakharov, doktor fizikalnih i matematičkih znanosti, znanstveni tajnik Instituta za istraživanje svemira Ruske akademije znanosti, u intervjuu. - Možda je zbog toga nedavno i nastala sva ova priča o proizvodnji helija-3 na Mjesecu za termonuklearnu energiju. Ako a Mjesec- izvor minerala, i odatle nositi ovaj helij-3, ali nema dovoljno energije na Zemlji ... Sve je to razumljivo, zvuči vrlo lijepo. A za to je, možda, lako uvjeriti utjecajne ljude da dodijele novac. Mislim da da".