Гелий-3: лунный источник энергии
В последнее время, особенно после того, как США усилили темпы работ по своей лунной программе, все сильнее стала муссироваться тема о гелии-3, как основе ядерной энергетики будущего. О данном элементе даже снимают фантастические фильмы. Что же такое гелий-3, где его добыть и какие выгоды он сулит человечеству!
РЕАКТОР БЕЗ РАДИАЦИИ
Гелий-3 (³He) является одним из изотопов гелия, в ядре которого находится один нейтрон, а не два. На Земле запасы гелия-3 составляют 0,000137% от общего количества элементов и оцениваются в 35 тысяч тонн. Практически весь имеющийся в наличии гелий-3 сохранился с момента образования нашей планеты.
Интерес к этому изотопу гелия усилился после того, как стало ясно, что человечество вплотную приблизилось к серьезному энергетическому кризису. Запасы углеводородов подходят к концу, и уже через несколько десятилетий мы их полностью исчерпаем. Альтернативные источники энергии, такие как ветер, Солнце, приливы и отливы, геотермальная активность, не могут покрыть всех потребностей человечества. Остаются еще запасы каменного угля, которых хватит примерно на 200—300 лет. Однако по мере того, как доля угля в современной энергетике будет возрастать, этот срок может существенно сократиться. Кроме того, процессы сжигания и добычи угля серьезно ударяют по экосистеме планеты.
Таким образом, единственным источником энергии, которого хватит надолго, — это энергия, основанная на делении ядер урана. Уже сегодня атомная энергетика занимает почти 7% в мировом энергетическом балансе. И с каждым годом доля ее участия возрастает. Но вместе с этим все серьезнее встает вопрос о главной проблеме всех АЭС — утилизации и хранении радиоактивных отходов, которых с каждым годом становится все больше. И тут идеальным выходом было бы использование топлива, основанного на реакциях термоядерного синтеза с гелием-3.
Дело в этом, что ядерные реакции, протекающие с участием гелия-3, в отличие от других ядерных реакций, идут с выделением не нейтронов, а протонов. Нейтроны — крайне активные частицы, они способны глубоко проникнуть в конструкционные материалы ядерного реактора, разрушая их структуру и делая радиоактивными. Это приводит к тому, что отдельные детали и узлы каждые несколько лет приходится менять, чтобы реактор мог работать в штатном режиме. Кроме того, возникает проблема утилизации и захоронения ядерных отходов.
Протоны же, в отличие от нейтронов, не наводят радиоактивности и не способны проникать внутрь конструкций. Поток протонов — это, по сути, поток водорода. И материалы, из которых созданы узлы реактора, работающего на гелии-3, могут служить десятилетиями. В целом реакция с участием ³He в 50 раз менее радиоактивна, чем обычная реакция взаимодействия дейтерия с тритием (D + T).
Таким образом, главное достоинство гелия-3 не столько в его энергетической ценности, сколько в его практически полной экологической безопасности.
ЛУННЫЕ ЗАЛЕЖИ
Где же можно добывать гелий-3 в необходимых масштабах? На Земле этот изотоп содержится в таких ничтожно малых количествах, что о его промышленной добыче и речи быть не может. Ответ на этот вопрос известен давно — на Луне.
То, что Луна обладает огромными запасами гелия-3, стало известно, когда первые образцы лунного грунта были доставлены на Землю советскими автоматическими аппаратами «Луна» и американскими астронавтами во время выполнения программы «Аполлон».
Относительная концентрация изотопа в лунном грунте оказалась в 1000 раз выше, чем в земных недрах. Причина этого явления кроется в регулярном облучении поверхности Луны корпускулярным излучением Солнца. Дело в том, что, не имея защиты в виде сильного магнитного поля, поверхностный пылевидный слой (реголит) Луны регулярно получает огромную дозу облучения. Во время этого процесса в него внедряется большое количество элементов, в первую очередь изотопы водорода и гелия.
По предварительным оценкам, общие запасы гелия-3 на Луне составляют около миллиона тонн. Такого количества изотопа человечеству хватило бы на тысячу лет. Энергетическая эффектность его такова, что 1 тонна гелия-3 может заменить 20 млн тонн нефти, что позволит в течение года обеспечивать выходную мощность АЭС в 10 ГВт. В одной тонне лунного грунта содержится 10 мг гелия-3, что соответствует энерговыделению 1 м³ нефти. Можно сказать, что поверхность Луны представляет собой сплошной океан нефти. Человечеству нужно 200 тонн ³He ежегодно, потребность российской энергетики оценивается в 20—30 тонн гелия-3 в год.
Однако как бы ни были велики общие запасы ³He, содержание изотопа в лунной почве все равно очень невелико (примерно 10 мг на тонну породы). Таким образом, чтобы обеспечить потребности человечества, нужно вскрывать 20 млрд тонн реголита в год. Учитывая среднюю толщину слоя реголита в 3 м, общая площадь добычи будет составлять 30 на 100 км.
Сегодня, когда доставка даже нескольких сот килограммов груза на Луну считается большим достижением, переработка миллиардов тонн лунного грунта воспринимается как совершенно фантастический проект. Поэтому правильным решением было бы не транспортировка лунного грунта на Землю, а организация на самой Луне полного цикла получения готового изотопа гелия-3 — начиная от добычи породы и заканчивая ее обогащением.
ТРУДНОСТИ ДОБЫЧИ
Впрочем, 20 млрд тонн вскрышных работ лунного грунта только кажутся фантастическим мероприятием. На Земле сейчас добывают порядка 5 млрд тонн угля в год. Объем вскрышных работ земного грунта составляет порядка 50 млрд тонн. То есть нынешние темпы разработки земных недр вполне сопоставимы по масштабам с тем, что нас может ожидать на Луне. Б то же время на Луне не будет стоять проблем, связанных с экологическими последствиями проведения вскрышных работ, поэтому общая эффективность разработки лунного грунта может быть в несколько раз выше, чем на Земле. Не стоит забывать и о том, что сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. Это, в свою очередь, позволит серьезно увеличить скорость выработки грунта.
Что же касается технической стороны вопроса, то земная наука и техника достаточно развиты для того, чтобы начать организацию процесса переноса части горно-обогатительной и добывающей промышленности на Луну. Конечно, этот процесс займет не один десяток лет, поэтому чем раньше мы его начнем, тем быстрее получим необходимый результат.
Уже сейчас надо начинать подготовительный этап, содержащий в себе геологоразведочные и испытательные работы, которые должны проводиться в рамках общих исследовательских работ на Луне. Одними из первых должны быть работы по изучению внутреннего строения Луны, запланированные в программе «Луна-Глоб». В ходе выполнения этой программы планируется с помощью химико-минералогической интерпретации сейсмических данных получить данные о химическом строении нижней мантии Луны, а также определить размеры лунного ядра.
Следующим этапом работ будет доставка фунта с Луны на Землю. Основной упор здесь нужно сделать на беспилотные аппараты, которые будут собирать образцы лунного грунта и доставлять их к посадочным модулям. Кроме того, луноходам можно поручить задачу создания долговременной сети сейсмических датчиков, импульсы которых позволят получить исчерпывающее представление о том, что происходит в недрах Луны. Одновременно с этим необходимо будет проводить картирование лунной поверхности на предмет содержания гелия-3.
РЕАКТОР НА ГЕЛИИ-3
И наконец, остается последний вопрос — создание термоядерного реактора, в работе которого используется топливо на основе гелия-3. Сегодня такой реактор существует только в теории. Хотя работы над управляемым термоядерным синтезом уже переходят в практическую плоскость. Во Франции полным ходом идет строительство экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, который будет использовать в своей работе реакцию синтеза дейтерия с тритием. Стоимость стройки изначально оценивалась в 5 млрд евро, а первую очередь реактора планировалось пустить к 2016 году. Однако позже расходы возросли вдвое, а срок начала эксплуатации сдвинулся на 2020 год. ИТЭР будет представлять собой сооружение высотой 60 метров и массой около 23 тысяч тонн. Особое внимание при его создании было уделено проблеме радиационной безопасности. Однако для работы с гелием-3 реактор типа ИТЭР не годится. Дело в том, что для такой реакции необходимо будет создать температуру, которая в три раза выше, чем температура в активной зоне ИТЭР.
Учитывая, что с момента открытия ядерных реакций и до создания термоядерного реактора типа ИТЭР человечество шло долгих 50 лет, можно предположить, что создание реактора на гелии-3 займет примерно 20—30 лет.
Источник
Луна как новый источник энергии
Сотрудники Политехнического университета Каталонии совместно с несколькими другими научными институтами разработали принципиально новый экологичный способ добычи энергии. Ученые предлагают использовать сильные стороны лунного дня, чтобы обеспечить энергией луноходы во время лунной ночи.
При помощи системы зеркал, переработанного лунного грунта и теплового двигателя во время лунной ночи можно будет обеспечивать в полной мере энергетические потребности как космических аппаратов, так и их экипажей, – утверждают ученые. Открытие позволит отказаться от использования ядерных двигателей или батарей, которые традиционно устанавливаются на луноходах.
Во время лунной ночи, продолжительность которой достигает двух недель, температура на поверхности Луны падает ниже нуля до отметки – 150 градусов Цельсия. Подобные температурные аномалии значительно затрудняют функционирование космических аппаратов, работающих на лунной поверхности. Единственным выходом была доставка тяжелых батарей с Земли или, как в случае с китайским луноходом, использовании ядерной энергии.
Совместная разработка испанских и американских ученых позволит аккумулировать электроэнергию на поверхности Луны в течение дня для того, чтобы потом ее использовать в ночное время. Подробней с деталями научной работы можно ознакомиться в издании Acta Astronautica.
Для получения энергии могут быть задействованы две системы. Первая будет изменять куски лунного грунта, соединяя его с алюминием. В процессе изменения будет образовываться так называемая термическая масса. Солнечные лучи, отражаясь в системе зеркал, нагреют полученную термомассу. Таким образом она будет аккумулировать тепло, которое затем во время лунной ночи станет отдавать космическим аппаратам, поддерживая их работоспособность.
Вторая система схожа с первой, отличие только в более сложной системе зеркал и наличии теплового двигателя. Отражающие зеркала выполнены в виде линз Френеля, аналогичные им используют в солнечных электростанциях на нашей планете. Линзы аккумулируют солнечные лучи в направленный пучок, который устремляется на сосуд с жидкостью. Сосуд нагревается, что заставляет превращаться жидкость в газ. И именно газ будет разогревать термическую массу. А во время лунной ночи тепло будет подаваться в тепловой двигатель, чтобы он смог вырабатывать необходимое количество электроэнергии.
На фоне общей заинтересованности стран в пилотируемых полетах на Луну данное открытие выглядит более чем актуально.
Источник
Луна и энергоресурсы
Вполне возможно, что в скором времени на Луне будут построены комплексы мощных солнечных батарей и термоядерных реакторов.
Энергией соседней планеты, Луны, «пропитано» все живое на Земле. Эта энергия участвует во всех биологических процессах живых организмов. И если верить ученым, которые склоняются к мысли, что жизнь на Земле началась в океане, то на сушу, жизнь «попала» благодаря приливам, вызываемыми нашим спутником. А сегодня, благодаря современной науке и новым технологиям, Луна поможет землянам еще в одном важном деле — она спасет от надвигающегося энергетического кризиса.
Раньше, такая идея получения энергоресурсов на Луне могла прийти в голову только писателям-фантастам. А сегодня есть вполне реальные технические проекты, внедрение которых позволит использовать Луну в качестве поставщика энергетических ресурсов. И по мнению ученых, такое будет в ближайшем будущем.
Самым реальным является вариант размещения на соседней планете комплекса солнечных батарей и термоядерных реакторов, которые будут работать на изотопе гелия. Как бы это странно ни звучало, но основная причина, по которой будут размещать солнечные батареи вне нашей планеты, это то, что они опасны для окружающей среды. Производимая ими энергия экологически безопасная. А вот создание таких мощных комплексов ухудшит окружающую экологию.
«Новые установки смогут накапливать достаточное количество солнечной энергии. Потом эта энергия будет передана на Землю в виде микроволновых лучей. Такой способ получения электроэнергии безопасен и экологически «чист». Источник энергии неисчерпаем, и такая энергия, в конечном счете, не требует больших денежных затрат», — заявил профессор Дэвид Крисвелл (Институт космических систем, США).
Источник
Как Луна влияет на Землю
Как Луна влияет на Землю
Луна — естественный спутник Земли. Она удалена от нашей планеты на 384 с небольшим тысяч километров. Причем обращается ночное светило по слегка вытянутой орбите, а потому в разное время указанная цифра несколько уменьшается или увеличивается. Один оборот вокруг Земли Луна делает примерно за 27,3 суток. При этом полный цикл (от полнолуния до нового полнолуния) занимает чуть больше 29,5 суток. У этого несовпадения есть интересное следствие: бывают месяцы, когда полной Луной можно любоваться не один, а два раза. Так как луна влияет на землю и людей?
Лунный цикл составляет в среднем 29,5 дня и условно делится на шесть фаз:
II фаза (8-14 день);
II , IV фазы (15-29 день).
Луна, или как её ещё называют, Селена, оказывает непосредственное влияние на земную ось, давая возможность Земле сохранять наклон в 23 градуса, благодаря которому на нашей планете образовались подходящие условия для жизни. Это даёт нам возможность видеть день и ночь приблизительно одинаковый период времени на протяжении суток.
Кроме того, Луна на небе ежедневно замедляет вращение нашей планеты на крошечную микросекунду. Если бы она не делала этого, Земля до того быстро начала бы вращаться, что в скором времени день был бы равен шести часам, может, и того меньше. Это однозначно повлияло бы на развитие растений и животных, а также привело к увеличению скорости воздушных потоков, в результате чего штормы, смерчи и ураганы стали бы обычным явлением.
Граница суши и воды
Уже в период Античности была замечена взаимосвязь лунного цикла и приливов. Современные ученые установили, благодаря гравитационному взаимодействию Земли и Луны вся вода в океане немного вытянута по проекции траектории движения последней. Фактически вода движется за Луной, совершая колебания. Вращение луны вокруг Земли формирует всеми знакомые отливы и приливы, величины которых могут колебаться до 15–18 метров.
Наибольшие отливы и приливы бывают на океанских берегах. В нашей стране — на берегах Северного Ледовитого и Тихого океанов. Менее значительные приливы и отливы характерны для внутренних морей. Еще слабее это явление наблюдается в озерах или реках. Но даже на берегах океанов в одно время года приливы бывают мощнее, а в другое — слабее. Это уже связано с удаленностью Луны от Земли. Чем ближе Луна к поверхности нашей планеты, тем сильнее будут отливы и приливы. Чем дальше — тем, естественно, слабее.
Это удивительное свойство Луны используется людьми для получения бесплатной энергии. На берегах морей и океанов теперь строят приливные гидроэлектростанции, которые вырабатывают электричество благодаря «работе» Луны. Приливные гидроэлектростанции считаются наиболее экологически чистыми. Они действуют согласно природным ритмам и не загрязняют окружающую среду.
«Спрятавшееся» Солнце
Влияние Луны на Землю заметно в нескольких природных явлениях. Самое впечатляющее из них — это солнечное затмение. Сейчас достаточно трудно представить ту бурю эмоций, которую вызывал этот феномен в древности. Затмение объяснялось гибелью или временным исчезновением светила по вине злых божеств. Люди верили, что если не совершить определенных ритуальных действий, они могут больше никогда не увидеть солнечный свет.
Сегодня механизм феномена изучен достаточно хорошо. Луна, проходя между Солнцем и Землей, преграждает путь свету. Часть планеты попадает в тень, и ее жители могут наблюдать более или менее полное затмение. Интересно, что не всякий спутник смог бы проделать такое. Для того чтобы мы могли периодически любоваться полным затмением, должны соблюдаться определенные пропорции. Будь у Луны другой диаметр, или располагайся она чуть дальше от нас, и с Земли можно было наблюдать лишь частичные затмения дневного светила. Впрочем, есть все основания полагать, что в далеком будущем реализуется один из этих сценариев.
Как Луна влияет на живые организмы
Есть данные, что фазы Луны влияют на пчел, рыб, некоторых птиц и амфибий. Возможно, изменение яркости диска в ночное время каким-то образом регулирует уровень мелатонина — гормона мозга, отвечающего за циркадные ритмы (дневной цикл активности). В полнолуние гормон вырабатывается сильнее, соответственно, меняется активность животного.
Кстати, многие заядлые рыбаки говорят, что от нашего спутника зависит результативность их улова. И здесь никакой мистики, это не миф и не народное поверье, а научно обоснованный факт, уже множество раз подтвержденный на практике.
Лунная стадия напрямую влияет на самочувствие обитателей водного мира, преимущественно благодаря своей способности освещать землю отраженным светом Солнца. В это время в водную толщу проникает наибольшее количество света, что способствует оживлению мира рыб: они становятся более активными и возбудимыми, двигаются быстрее. Все объясняется тем, что в полнолуние Луна подходит к Земле на максимально близкое расстояние, а это усиливает ее гравитационное взаимодействие, что является не последним фактором в формировании поведения рыб, и увеличивается ее светимость.
Поэтому наиболее благоприятным временем для выезда на рыбалку будет полнолуние.
Как Луна влияет на Землю и людей
Влияние Луны на земные дела все еще остается загадочным и спорным, за исключением приливов и отливов, вполне наглядных и подчиняющихся законам небесной механики. Остальное — вроде влияния фаз нашего естественного спутника на рост и созревание овощей и фруктов, на извержения вулканов, на заживление ран — остается недоказанным.
В противоположность распространенному мнению, спутник Земли никак не влияет на агрессивность людей. Объемистая статистика преступлений не обнаруживает никакой связи между фазами Луны и частотой или степенью жестокости преступлений.
Однако психиатры из Ливерпуля (Англия) утверждают, что Луна влияет на состояние шизофреников. Любопытные данные приводят австралийские ученые. Проанализировав даты госпитализации по скорой в клинику Калвари Матер Ньюкасл, исследователи установили, что 23 процента тяжелобольных поступают в полнолуние. Пациенты дерутся с персоналом, брыкаются, плюются. А вот более легкие случаи расстройств не связаны с фазами Луны.
Немецкие врачи не подтверждают мнение, что раны лучше заживают при убывающей Луне и потому на этот период надо назначать плановые операции. Хирурги под руководством Рене Хольцхаймера изучили состояние 866 пациентов после самых разных операций и не нашли никакой связи скорости заживления или интенсивности послеоперационных болей с фазами Луны.
Повивальные бабки еще в позапрошлом веке уверяли, что Луна влияет на наступление родов. Как показали итальянские медики, большее число родов приходится на полнолуние. Объяснения этому феномену нет.
А вот врачи крупной больницы в Индии два года регистрировали случаи инфарктов в зависимости от фазы Луны. Оказалось, что в новолуние бывает на 20% больше случаев поражения сердечной мышцы, чем в полнолуние.
Народные приметы
Считается, что в полную фазу Луны люди склонны совершать необдуманные поступки, из-за избытка энергии и частых стрессов случаются аварии, преступления. В этот период не рекомендуется решать конфликты, приступать к серьезному воспитанию детишек.
Что касается болезней, то в полнолуние они обостряются, человек становится более склонен испытывать боли. Кровь становится немного жидкой, плохо сворачивается, операции лучше отложить.
Луна также влияет и на сон человека, например в полнолуние люди плохо спят, энергия накапливается, появляются стрессы, уязвимость. Почему-то женщины хуже переносят полнолуние, нежели мужчины.
Именно в полную Луну люди становятся чрезмерно усталыми, превращаются в пессимистов, теряют интерес к жизни.
Астрологи рекомендуют в это время уменьшить нагрузки, употреблять много жидкости, молочных продуктов, овощей, фруктов.
Когда наступает новолуние, люди ослаблены, истощены морально. Уменьшите нервные напряжения, берегите себя, не злитесь, потому что в новолуние чаще всего бывают инфаркты, инсульты. С другой стороны, это лучший период для того, чтобы оставить вредные привычки. А вот когда Луна начнет возрастать, то и энергетика будет возрастать и прибавляться.
Растущая Луна, пожалуй, самый благоприятный период для различных начинаний. Человек в это время полон сил, энергии, способен выдержать высокие нагрузки, обычно самочувствие в этот период стабильное и прекрасное. Улучшается обмен веществ, наблюдается особая гибкость и жизнеспособность. Астрологи рекомендуют в это время заняться собой, пройти курс косметических процедур, пропить витамины и так далее.
Источник