«Чандраян-2» готовят к полёту в чистой комнате

Возможно, лунный гелий-3 может стать аналогом земной нефти: все страны стремятся поставить под свой контроль запасы этого топлива на триллионы долларов. Подсчитано, что 0,02 грамма гелия-3 в ходе реакции термоядерного синтеза выделят столько же энергии, сколько даёт полное сжигание 1 барреля нефти, а 40 тонн гелия-3 хватит для обеспечения США энергией на целый год. Осталось только запустить термоядерный синтез.

Кроме США, России и Китая очередным государством, которое объявило о планах добычи гелия-3 на Луне, стала Индия. Индийская лунная программа предусматривает отправку миссии на Южный полюс Луны, где аппарат проведёт разведку, сообщает индийское издание The Economic Times. Запуск станции «Чандраян-2» с орбитальным аппаратом, посадочным модулем и луноходом планируют в октябре 2018 года. Шестиколёсный аппарат на солнечных батареях сможет автономно работать как минимум 14 дней в радиусе 400 метров от посадочного модуля.

Ещё в 2010 году США назвали дефицит гелия-3 угрозой для национальной безопасности страны. Тогда в парламенте прошли слушания по этой проблеме. Гелий-3 — единственный надёжный и безопасный материал для счётчиков нейтронов, то есть для детекторов радиационного излучения. На сегодняшний день не существует реальной альтернативы для его использования. Как говорилось на слушаниях в парламенте, раньше ценное вещество поставляла Россия в количестве 25 000 л в год, но потом прекратила поставки, потому что было принято решение «создавать стратегические запасы для собственного потребления». Гелий-3 является продуктом распада трития, который не производится с 1988 года.

На Земле гелий-3 практически не встречается в естественном виде (хотя идёт поиск земных месторождений), тогда как на Луне, по различным оценкам, запасы составляют от 500 тыс. до 10 млн тонн. По мнению специалистов, если запасы составляют 1 млн тонн, то примерно четверть этого количества реалистично можно доставить на Землю. Джеральд Кульчинский (Gerald Kulcinski), директор Fusion Technology Institute в Университете Висконсин-Мэдисон и бывший член Консультативного совета НАСА, оценивает стоимость топлива примерно в $5 млрд за тонну.

Гелий незаменим не только для детекторов радиационного излучения, но и во многих других областях. Например, в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ) применяются сверхпроводящие электромагниты, работающие в жидком гелии. Это самый оптимальный хладагент, и отсутствие гелия имело бы неприятные последствия. Кроме магнитно-резонансной томографии, жидкий гелий применяется в качестве хладагента для охлаждения сверхпроводящих магнитов в детекторах инфракрасного и высокочастотного излучения, сквид-магнетометрах, сканирующих туннельных микроскопах, ускорителях заряженных частиц. Например, в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе используется 96 тонн жидкого гелия для поддержания температуры 1,9?K.

Жидкий гелий используют также в криостатах растворения, криогенных электрических машинах. Газообразный гелий — в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов, в пищевой промышленности (пищевая добавка E939) как пропеллент и упаковочный газ, для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты) как безопасная альтернатива водороду, в баллонах для дайвинга, для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов, для заполнения газоразрядных трубок, в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов, в качестве носителя в газовой хроматографии, для поиска утечек в трубопроводах и котлах, как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах, для продувки топливных баков жидкостных ракет и т.д.

Но самое главное, что гелий-3 является перспективным топливом для термоядерной энергетики в далёком будущем. Неспроста в игре Mass Effect человечество использует гелий-3 как основное топливо, а в фильме «Луна 2112» ведётся промышленная добыча гелия-3 на Луне, для производства энергии на Земле.

Может быть, эти научно-фантастические сюжеты скоро воплотятся в жизнь. По оценкам учёных, лунных запасов топлива хватит, чтобы обеспечить энергетические потребности Земли на ближайшие 250?500 лет.

«Страны, которые имеют потенциал для доставки этого источника с Луны на Землю, будут диктовать этот процесс, — сказал К. Сиван, председатель Индийской организации космических исследований. — Я не хочу входить в их состав, я хочу вести их».

Отправка лунохода — первый шаг индийской лунной программы. В дальнейшем страна не исключает запуск орбитальной лунной станции и высадку людей на поверхность Луны. В отличие от России, индийское правительство пока не называет конкретные сроки, когда намерено осуществить эти планы.

Пока в 21 веке только одна страна отправила на лунную поверхность посадочный модуль и луноход: это Китай. США планируют запуск орбитального аппарата в начале 2020-х.

Комментарии (35)


  1. AndreyMtv
    28.06.2018 17:08
    +1

    Жаль только жить в эту пору прекрасную уж не придется ни мне ни тебе.
    Реакция с гелием 3 самая сложно реализуемая.
    Если просто построить термоядерный реактор это, как выиграть стометровку у Усейна Болта, то построить реактор на гелии 3 это выиграть гонку формулы 1 на лада калине. Помечтать конечно можно, но практическая реализуемость такая же как у варп двигателя.


    1. Bedal
      28.06.2018 18:24

      зато снимать энергию можно через МГД — отсюда и весь шум. Более доступные варианты страдают нейтронным вырождением материалов, необходимостью снимать энергию по-самоварному, и т.п.


      1. bobcatt
        28.06.2018 22:31

        Всю прелесть портит тот факт, что условия для запуска реакции требуют на порядок большей температуры.


        1. Bedal
          28.06.2018 23:02

          увы, да


      1. andrey_gavrilov
        29.06.2018 16:28

        1) уверен, вы путаете МГД со способами direct energy conversion (DEC), приемлемыми для использования в магнитном УТС. Первый в магнитном УТС бесполезен, что же до остальных, — в токамаках те, о которым имеет смысл говорить — бесполезны, а в открытых ловушках (получивших «второе дыхание» после 2015-го года) они плохо совместимы (читайте — «несовместимы») с современными методами удержания, — теми самыми, что «второе дыхание» дали ОЛ*.

        Не говоря о том, что с отработанностью, и пониманием «как оно IRL будет» (например, долговечность etc) у этих методов все очень плохо никак.
        _____________
        * — (есть, кстати, не отмеченный в википедийной статье выше метод прямого преобразования энергии, который теоретически может использоваться (хотя и с потерей качеств удержания) в новом тип удержания, — «винтовом удержании», которое сейчас исследуется в ИЯФ им. Будкера на установке СМОЛА; если это удержание «взлетит», это много что поменяет в УТС, ну и заодно теоретически откроет возможность к использованию этого типа DEC).

        2) нет, «весь шум» вовсе не из-за этого, а из-за

        a) «безтритиевости» (а использование трития в качестве топлива радикально все усложняет), и, главное,

        b) гораздо меньшего нейтронного потока.

        3)

        необходимостью снимать энергию по-самоварному,

        — «необходимость снимать энергию по-самоварному» парит только некомпетентных обывателей, при том полагаю, из-за несоответствия их ожиданий от «перспективного источника энергии» и их не очень адекватных (в силу некомпетентности etc) [эмоциональных] оценок преобразования энергии через термодинамические циклы.

        В общем, явление столь же часто встречающееся среди «неподготовленных слушателей», сколь и неадекватное.

        Кстати говоря, ребята, пытающиеся освоить самое совершенное из «потенциально доступных» т.н. «анейтронных топлив», — бор-протон (p-B11), планируют как раз тепловое преобразование энергии (тормозной рентген греет стенки, газообразный гелий как теплоноситель, цикл Брайтона). Внезапно. И у них есть на это вполне рациональные основания.


    1. andrey_gavrilov
      29.06.2018 16:33

      вы немного перебарщиваете с нагнетанием страстей и аналогиями, — напомню, вы это делаете в мире, в котором целых две серьезные УТС-команды (как TAE Technologies (известная до октября 2017-го как Tri Alpha Energy), Калифорния, и ИЯФ им. Будкера, Новосибирск) говорят о своей способности сделать как безтритиевый D+D, так и, «если природа позволит» (по сечениям etc), и p+B11, который, напомню, куууууда далее по шкале о D+He3 лежит.


      1. AndreyMtv
        29.06.2018 16:54

        Ознакомьтесь пожалуйста, когда был построен первый ядерный реактор и через сколько лет запущена первая электростанция.
        Заявлять может, кто угодно, о чем угодно, но постройка термоядерного реактора т термоядерной элеетростанции несравнимо более сложные вещи. Поэтому вопрос наличия гелия3 для этого реактора просто не стоит.
        Вы можете прямо сейчас купить его по 930$ за литр, не нужно ни на какую Луну за ним лететь.
        Любые проекты по добыче гелия3 на Луне это афера в чистом виде. Потому, что реактора у нас нет, а гелия этого десятки, если не сотни тонн доступны.


        1. andrey_gavrilov
          29.06.2018 18:09
          +1

          ознакомьтесь, пожалуйста, с оценкой сложности задачи и ее цены, и с объемами того, что было «реально уплОчено».

          В США (для примера, у остальных ситуация аналогична, на США проще ссылаться т.к. данные в интернетах на виду, «вставляй URL — не хочу»), к примеру, всего пару лет как догнала по тратам (а по некоторым оценкам «второго сравниваемого»- еще и не догнала!) за весь период существования тему магнитного УТС, с 1953-го года, траты, сделанные ими же на «Манхеттенский проект»(sic!).

          Вот траты c 1953 по 2018 года:
          (см. на MFE («spent» — потрачено, «ajasted» — с поправкой на инфляцию, «в современных деньгах»), т.к. ICF же — это игрушки военных, и более ничего):
          image


        1. andrey_gavrilov
          29.06.2018 18:57
          +1

          Заявлять может, кто угодно, о чем угодно, но постройка термоядерного реактора т термоядерной элеетростанции несравнимо более сложные вещи.

          (авторская орфография сохранена) — что вы сравниваете с чем, и при помощи какой меры сложности?

          Да, сделать один первый реактор (в УТС под «реактор» обычно имеют ввиду «энергетический реактор», реактор с значительными энергетическим выходом (c Q больше 1 на величину достаточную, чтобы при данном типе реактора и реакции этого было достаточно для создание на базе такого реактора электростанции)) — непросто.

          А вот после получения реактора сделать станцию — радикально менее напряженная задача.

          Ну и главное, — я вот смотрю на схему станции, представленной Tri Alpha Energy в 2015-м (в узком кругу ограниченных лиц, ага), и вижу, что она в легкую может быть дешевле атомной станции. Сложность понятие расплывчатое (пока вы его не определили), и малополезное, как минимум — радикально меньше говорящее, чем CAPEX, OPEX и LCOE.

          Что сложнее — сделать конструкционные барьеры нераспространения, требуемые атомнадзорами, как для реактора, так и для пристанционного бассейна выдержки, и всех операционных помещений, или сделать менее требовательную к этому станцию, «отягощенную» криосистемой, вакуумной системой, и инжекторами? — ну, под бор-протон станцию (если природа такое таки позволит!) с высокой степенью очистки топлива (думаю, пойдут по этому пути, чтобы с бериллием etc от побочек не маяться на уровне конструкции станции и обслуживания).

          В деньгах так в легкую выйдет, что такая УТС-станция _дешевле_. На это, собственно, и расчет. Реально расчет, люди деньги считают, «выгодно, или нет». Считают, заключают, что может быть выгодно, и вкладывают пол миллиарда долларов, при том «в долгую».

          И видно, что расчет обоснован (т.е. довод не «они заключили», вы можете сами к тому де прийти, дай вы себе труд разобраться).

          А вот первый рабочий сделать — да, непросто. И не копеечку стоить. Но и не сверхдорого, если честно.

          Вот вам пример того, что сверхдорого, несколько лет подряд в год тратили суму того жепорядка, сколько (они же) за все годы на магнитный УТС к нынешнему моменту потратили, с 1953 года:

          image


  1. JC_IIB
    28.06.2018 17:33

    «Я не хочу входить в их состав, я хочу вести их»


    Удачи, чо уж.


  1. VladSMR
    28.06.2018 18:04

    Волнуюсь спросить, а какая связь между Гелием-3 и жидким гелием для охлаждения сверхпроводящих магнитов?


    1. Vkuvaev
      28.06.2018 19:12
      +6

      Да, я тоже обратил внимание. Хорошо чтт про гелиевые ручки не написано.


      1. tvr
        29.06.2018 12:35

        И гелевые шарики.


        1. Nordosten
          30.06.2018 17:36

          Про шарики таки написано


    1. bobcatt
      28.06.2018 22:37

      Не знаю как в первоисточнике, но использование Не3 в дыхательных смесях позволяет получить на МРТ изображение лёгких, невозможное при использовании атмосферного воздуха.


    1. Bedal
      29.06.2018 07:41

      никакой, более того — и в перечисленных случаях гелий уже не стоит применять, отлично работают высокотемпературные сверхпроводники и охлаждение жидким азотом.


      1. andrey_gavrilov
        29.06.2018 09:39

        отлично «для всего» не бывает. Даже ВТСП-2 охлаждают не до «азотных» а до «неоновых», «водородных»/«гелиевых» температур (для сколь-нибудь интересных высоких полей/ крит. тока), а если хочется рекордных полей/ крит. тока — то и до тех, которые «легко» (_сравнительно_ легко и удобно) сейчас можно получить по сути только с Гелием-3.

        Я в этой же ветке чуть подробнее расписал в другом комментарии.


        1. Bedal
          29.06.2018 10:07

          конечно, не бывает. Но тя-установку на охлаждении азотом — строят уже. И для массовых МРТ это могло бы снизить стоимость больше, чем на десятичный порядок. Рекордных показателей не будет — но там и с «обычными» будет уже неплохо. А иное — и не было упомянуто.


          1. andrey_gavrilov
            29.06.2018 16:09

            я не увидел слова «массовые» около MRT в статье. MRT разные бывают в том числе высокопольные(sic!). Кстати, сейчас, НЯЗ, мейнстрим снижения цены «МРТ попроще» — это переход на диборид магния (его (стренды из него) совсем недавно «хорошо делать» (для магнитов etc) научились, спасибо итальянцам, НЯП).

            Но в целом я согласен, статья в этом месте небрежно написана. Впрочем, чего взять со статьи, точнее с места с обоснованием в духе «натянем сову на глобус, притягивая за уши обоснование для наших космоэкспансионистских желаний» (при том космоэкспансионистских желаний не обязательно из возвышенных мотивов, скорее из «рекламирующий эту идею (тут — освоение Луны) только это делать и умеет/ хочет»).

            Кстати, сейчас (после 9/11, точнее) основной потребитель гелия-3 в США — это нац. безопасность, высокочувствительные нейтронные детекторы. Все запасы на них разошлись. Но даже при том, что «будь он у нас в количествах, пристроить мы его смогли бы», реального заказа на «лунный гелий-3», как не было, так и нет. И, думаю, еще до-о-о-олго не будет.


            1. Bedal
              29.06.2018 16:39

              Да, могу только согласиться. И да, я тоже несколько слишком общо выразился. Что с меня взять — дилетант…


          1. andrey_gavrilov
            29.06.2018 20:04
            +1

            — кстати, пропустил вот это вот:

            Но тя-установку на охлаждении азотом — строят уже.

            — это вы про что конкретно?

            В целом же, смысла в таком нет, ВТСП на азотных температурах имеют ни на что не годные (в УТС — уж точно) характеристики, поэтому что УТС нужны поля, и чем выше, тем лучше (это все, что УТС от магнитов надо «в этой плоскости»). На азотных температурах поля такие, что смысла связываться нет от слова «совершенно».

            Надеюсь это вас _не_ ARC/SPARC MIT'овский упоминанием ВТСП (точнее, ВТСП-2) с понталыку сбил/ ввел в заблуждение? Если что, то температуры при применении тех ВТСП будут самые что ни на есть гелиевые, иначе просто у них «ничего не взлетит», там вся суть — в больших полях, а иначе на ВТСП их никак не получить :(.
            ____

            И для массовых МРТ это могло бы снизить стоимость больше, чем на десятичный порядок. Рекордных показателей не будет — но там и с «обычными» будет уже неплохо.

            — ну, про это я уже сказал, сейчас мейнстрим — это диборид магния.

            (Другое направление — это «безвыкипные системы», магниты МРТ, не требующие дозаправки гелием в течении 10 лет, в общем то самое «если правильно сделать», не сильно меняющее цену магнита даже с гелием).

            На поля до 6T (что почти оверкил для MRT, там 3T-то «рекордные»), диборида в таком варианте хватит за глаза.


    1. andrey_gavrilov
      29.06.2018 09:34

      прямая. Использование Гелия-3 (имеющим заметно отличные физ. свойства от Гелия-4 (например, «Гелий-3 кипит при 3,19 К (гелий-4 — при 4,23 К), его критическая точка равна 3,35 К (у гелия-4 — 5,19 К)» (Википедия), это, кстати, позволяет производить очень простое разделение этих изотопов) позволяет делать системы охлаждением до экстремально низких температур.

      И да, это используется как для сверхпроводящих магнитов с рекордными полями. Например:

      «Криомагнитные системы с магнитным полем до 17Т выполнены на базе криогенных рефрижераторов замкнутого цикла (технология Cryogen Free, сухая, безжидкостая). Сверхпроводящий соленоид охлаждается второй ступенью рефрижератора. Возможно изготовление различных конфигураций магнитного поля. Исследуемый образец в вакууме или теплообменном газе, диапазон температур на образце от 4,5К до 300К без откачки, от 1,8К до 300К при использовании контура сухой вакуумной откачки. При использовании вставки на гелий3 температура на образце от 0,3К».
      («ООО Криотрейд инжиниринг»)

      Так и, к примеру, для охлаждения инфракрасной оптики у космических телескопов (уже в этом веке один известный космический телескоп закончил свою работу из-за исчерпания Гелия-3 в системе охлаждения, НЯП).


  1. SergeyMax
    28.06.2018 18:21

    Пока в 21 веке только одна страна отправила на лунную поверхность посадочный модуль и луноход: это Китай. Остальным приходится догонять.

    Остальные это сделали 50 лет назад.


    1. Infernion
      29.06.2018 13:29

      К сожалению, мы не всегда можем повторить то что было сделано ранее.


  1. PerlPower
    28.06.2018 19:44

    >Осталось только запустить термоядерный синтез.
    >Осталось только
    >только
    >ТОЛЬКО

    Только бы дожить.


    1. andrey_gavrilov
      29.06.2018 16:59

      ну, рецепт изменения ситуации прост, — начать платить деньги, достаточные для решения задачи.

      А не так, как все предыдущие 64 года:
      image


  1. KonkovVladimir
    29.06.2018 03:26

    Как-то они с опозданием обратили внимание на такой яркий пиар-ход.
    Россия например еще в 2006г заявила, что www.kommersant.ru/doc/988962

    Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа — гелия-3, сообщил глава РКК «Энергия» Николай Севастьянов


    не умеют Индусы пиарится, не умеют.


  1. djiggalag
    29.06.2018 08:23

    Всё это ни чего не стоит, т.к. что бы добывать Гелий 3 в промышленных масштабах, нужен полноценный комбинат и колония на Луне. Вся соль в том, что бы добыть 1гр. гелия 3 нужно переработать 1т! лунного реголита если не больше.


  1. ncix
    29.06.2018 09:55

    А что, борьба за гелий-3 на Луне дала бы гигантский скачок военно-космическим технологиям — всяким икс-вингам, орбитальным платформам, спейс-труперам и прочим батлкрузерам.


    1. djiggalag
      29.06.2018 10:44

      Я к тому веду, что вся эта затея с добычей весьма и весьма дорогое удовольствие, а если ещё добавит то, что вы описали(ВПК) то стоимость во много раз превысит окупаемость.


      1. ncix
        29.06.2018 11:25

        Зато какие рынки создаст!


  1. alt9773
    29.06.2018 09:57

    SUPERPOWER BY 2020


  1. phenik
    29.06.2018 14:15

    Может Heliumcoin'ы появятся, обеспеченные гелием-3.


  1. JohnDoeEast
    29.06.2018 15:53

    США самодостаточны по гелию, так что это для других.
    По закону о стратегических материалах треть добычи выкупается государством и закачивается в спецхранилища. Остального на всех хватает.


  1. andrey_gavrilov
    29.06.2018 19:44

    Гелий-3 — единственный надёжный и безопасный материал для счётчиков нейтронов,

    — конечно же _нет_.

    то есть для детекторов радиационного излучения.

    — лучше не обобщать до такого, не всякий «детектор радиационного излучения», как вы выразились, является «счетчиком нейтронов», как вы выразились.

    Гелий-3 является продуктом распада трития, который не производится с 1988 года.

    — WAAAT?!???

    — тяжеловодные реакторы PHWR (pressurized heavy-water reactor) / HWR (heavy-water reactor) для которых тритий то ли фича, то ли баг, — как смотреть, — смотрят на эти заявления с вежливым недоумением.

    Там одних только CANDU (Canada Deuterium Uranium) понстроено в Канаде, Индии… (а так же… в Пакистане, Аргентине, Южной Корее, Румынии и Китае),… да вообще, на 2001-й год…
    ...At the beginning of 2001, 31 heavy water cooled and moderated nuclear power plants were in operation, having a total capacity of 16.5 GW(e), representing roughly 7.76% by number and 4.7% by generating capacity of all current operating reactors.
    (Википедия, но вообще — тыц и тыц)

    — Так же с легким недоумением смотрят на эти заявления реакторы-наработчики трития, например, Watts Bar unit 1, Watts Bar unit 2 (PWR с мишенями из алюмината лития и циркония, из лития, обогащенного по литию-6), ну и вернемся к тяжеловодникам — реактор «Людмила» на Маяке.