Jumlah total helium-3 di atmosfer bumi diperkirakan hanya 35.000 ton, alirannya dari mantel ke atmosfer (melalui gunung berapi dan patahan di kerak bumi) beberapa kilogram per tahun. Dalam regolith bulan, helium-3 secara bertahap terakumulasi selama ratusan juta tahun terpapar angin matahari. Akibatnya, satu ton tanah bulan mengandung 0,01 g helium-3 dan 28 g helium-4; rasio isotop ini (~0,04%) jauh lebih tinggi daripada di atmosfer bumi.

Rencana ambisius untuk ekstraksi helium-3 di Bulan, yang secara serius dipertimbangkan tidak hanya oleh para pemimpin ruang angkasa (Rusia dan Amerika Serikat), tetapi juga oleh pendatang baru (Cina dan India), terkait dengan harapan yang ditempatkan pada isotop ini. oleh industri energi. Reaksi nuklir 3He+D→4He+p memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan reaksi deuterium-tritium yang paling dapat dicapai T+D→4He+n dalam kondisi terestrial.

Keuntungan ini termasuk fluks neutron belasan kali lebih rendah dari zona reaksi, yang secara dramatis mengurangi radioaktivitas yang diinduksi dan degradasi bahan struktural reaktor. Selain itu, salah satu produk reaksi, proton, tidak seperti neutron, mudah ditangkap dan dapat digunakan untuk menghasilkan listrik tambahan. Pada saat yang sama, baik helium-3 dan deuterium tidak aktif, penyimpanannya tidak memerlukan tindakan pencegahan khusus, dan jika terjadi kecelakaan reaktor dengan depresurisasi inti, radioaktivitas pelepasan mendekati nol. Reaksi helium-deuterium juga memiliki kelemahan serius - ambang suhu yang jauh lebih tinggi (diperlukan suhu orde satu miliar derajat untuk memulai reaksi).

Meskipun semua ini adalah masalah masa depan, helium-3 sangat diminati bahkan sekarang. Benar, bukan untuk energi, tetapi untuk fisika nuklir, industri kriogenik, dan obat-obatan.

Pencitraan resonansi magnetik

Sejak awal dalam dunia kedokteran, magnetic resonance imaging (MRI) telah menjadi salah satu metode diagnostik utama yang memungkinkan Anda melihat "ke dalam" berbagai organ tanpa membahayakan.

Sekitar 70% dari massa tubuh manusia jatuh pada hidrogen, nukleusnya, proton, memiliki putaran tertentu dan momen magnet yang terkait. Jika sebuah proton ditempatkan dalam medan magnet konstan eksternal, putaran dan momen magnet diorientasikan baik di sepanjang medan atau ke arahnya, dan energi proton dalam kasus pertama akan lebih kecil daripada yang kedua. Sebuah proton dapat ditransfer dari keadaan pertama ke keadaan kedua dengan mentransfer energi yang ditentukan secara ketat sama dengan perbedaan antara tingkat energi ini, misalnya, dengan menyinarinya dengan kuanta medan elektromagnetik pada frekuensi tertentu.

Cara magnetisasi helium-3

Cara paling sederhana dan paling langsung untuk memagnetisasi helium-3 adalah dengan mendinginkannya dalam medan magnet yang kuat. Namun, efisiensi metode ini sangat rendah, apalagi membutuhkan medan magnet yang kuat dan suhu rendah. Oleh karena itu, dalam praktiknya, metode pemompaan optik digunakan - transfer spin ke atom helium dari foton pompa terpolarisasi. Dalam kasus helium-3, ini terjadi dalam dua tahap: pemompaan optik dalam keadaan metastabil dan pertukaran putaran antara atom helium di tanah dan keadaan metastabil. Secara teknis, hal ini diwujudkan dengan menyinari sel dengan helium-3, dipindahkan ke keadaan metastabil dengan pelepasan listrik frekuensi tinggi yang lemah, dengan radiasi laser polarisasi melingkar di hadapan medan magnet yang lemah. Helium terpolarisasi dapat disimpan dalam wadah yang dilapisi dengan cesium pada tekanan 10 atmosfer selama sekitar 100 jam.

Beginilah cara kerja pemindai MRI, hanya saja pemindai ini tidak mendeteksi proton individu. Jika kita menempatkan sampel yang mengandung sejumlah besar proton dalam medan magnet yang kuat, maka jumlah proton dengan momen magnet yang diarahkan sepanjang dan berlawanan dengan medan akan kira-kira sama. Jika kita mulai menyinari sampel ini dengan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang ditentukan secara ketat, semua proton dengan momen magnetik (dan putaran) "sepanjang medan" akan berbalik, mengambil posisi "menuju medan". Dalam hal ini, ada penyerapan energi resonansi, dan selama proses kembali ke keadaan awal, yang disebut relaksasi, ada emisi kembali energi yang diterima, yang dapat dideteksi. Fenomena ini disebut resonansi magnetik nuklir, NMR. Polarisasi rata-rata suatu zat, di mana sinyal yang berguna bergantung pada NMR, berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet luar. Untuk mendapatkan sinyal yang dapat dideteksi dan dipisahkan dari noise, diperlukan magnet superkonduktor - hanya magnet tersebut yang dapat menciptakan medan magnet dengan induksi orde 1-3 T.

gas magnetik

Tomografi MR "melihat" gugus proton, oleh karena itu sangat baik untuk mempelajari dan mendiagnosis jaringan lunak dan organ yang mengandung hidrogen dalam jumlah besar (terutama dalam bentuk air), dan juga memungkinkan untuk membedakan sifat magnetik molekul. Dengan cara ini, Anda dapat, katakanlah, membedakan darah arteri yang mengandung hemoglobin (pembawa oksigen utama dalam darah) dari darah vena yang mengandung deoxyhemoglobin paramagnetik - ini adalah dasar dari fMRI (MRI fungsional), yang memungkinkan Anda melacak aktivitas otak neuron.

Namun, sayangnya, teknik luar biasa seperti MRI sama sekali tidak cocok untuk mempelajari paru-paru yang berisi udara (bahkan jika Anda mengisinya dengan hidrogen, sinyal dari media gas dengan kepadatan rendah akan terlalu lemah dengan latar belakang kebisingan). Dan jaringan lunak paru-paru tidak terlalu terlihat dengan bantuan MRI, karena mereka "berpori" dan mengandung sedikit hidrogen.

Apakah mungkin untuk melewati batasan ini? Dimungkinkan jika Anda menggunakan gas "bermagnet" - dalam hal ini, polarisasi rata-rata tidak akan ditentukan oleh medan eksternal, karena semua (atau hampir semua) momen magnetik akan berorientasi pada satu arah. Dan ini sama sekali bukan fiksi: pada tahun 1966, fisikawan Prancis Alfred Kastler menerima Hadiah Nobel dengan kata-kata "Untuk penemuan dan pengembangan metode optik untuk mempelajari resonansi Hertzian dalam atom." Dia berurusan dengan masalah polarisasi optik sistem spin - yaitu, hanya "magnetisasi" gas (khususnya, helium-3) menggunakan pemompaan optik selama penyerapan resonansi foton dengan polarisasi melingkar.

Resonansi magnetik nuklir menggunakan sifat magnetik inti hidrogen - proton. Tanpa medan magnet eksternal, momen magnetik proton berorientasi sewenang-wenang (seperti pada gambar pertama). Ketika medan magnet yang kuat diterapkan, momen magnetik proton berorientasi sejajar dengan medan, baik "sepanjang" atau "menuju". Kedua posisi ini memiliki energi yang berbeda (2). Pulsa frekuensi radio dengan frekuensi resonansi yang sesuai dengan perbedaan energi "memutar" momen magnetik proton "menuju" medan (3). Setelah akhir pulsa frekuensi radio, "balik" terbalik terjadi, dan proton memancarkan pada frekuensi resonansi. Sinyal ini diterima oleh sistem frekuensi radio dari tomograph dan digunakan oleh komputer untuk membuat gambar (4).

Bernapaslah dalam-dalam

Penggunaan gas terpolarisasi dalam pengobatan dipelopori oleh sekelompok peneliti dari Princeton dan New York University di Stony Brook. Pada tahun 1994, para ilmuwan menerbitkan sebuah artikel di jurnal Nature yang menunjukkan gambar MRI pertama dari paru-paru tikus.

Benar, MRI tidak cukup standar - teknik ini didasarkan pada respons bukan dari inti hidrogen (proton), tetapi dari inti xenon-129. Selain itu, gas itu tidak terlalu biasa, tetapi hiperpolarisasi, yaitu, "dimagnetisasi" terlebih dahulu. Dengan demikian, metode diagnostik baru lahir, yang segera mulai digunakan dalam pengobatan manusia.

Gas hiperpolarisasi (biasanya bercampur dengan oksigen) memasuki sudut terjauh paru-paru, yang memungkinkan untuk memperoleh gambar MRI dengan resolusi yang urutan besarnya lebih tinggi daripada sinar-x terbaik. Bahkan dimungkinkan untuk membuat peta terperinci dari tekanan parsial oksigen di setiap area paru-paru dan kemudian menarik kesimpulan tentang kualitas aliran darah dan difusi oksigen di kapiler. Teknik ini memungkinkan untuk mempelajari sifat ventilasi paru pada penderita asma dan untuk mengontrol proses pernapasan pasien kritis pada tingkat alveoli.

Bagaimana MRI bekerja. Pemindai MRI mendeteksi kelompok proton - inti atom hidrogen. Oleh karena itu, pencitraan MR menunjukkan perbedaan kandungan hidrogen (terutama air) di jaringan yang berbeda. Ada cara lain untuk membedakan satu jaringan dari yang lain (misalnya, perbedaan sifat magnetik), yang digunakan dalam studi khusus.

Keuntungan dari MRI menggunakan gas hiperpolarisasi tidak terbatas pada ini. Karena gas mengalami hiperpolarisasi, tingkat sinyal yang berguna jauh lebih tinggi (sekitar 10.000 kali). Ini berarti bahwa medan magnet super kuat tidak diperlukan, dan mengarah pada desain yang disebut pemindai MRI medan rendah - lebih murah, lebih mobile, dan jauh lebih luas. Dalam instalasi seperti itu, elektromagnet digunakan yang menciptakan medan dengan orde 0,005 T, yang ratusan kali lebih lemah daripada pemindai MRI standar.

hambatan kecil

Meskipun percobaan pertama di bidang ini dilakukan dengan xenon-129 hiperpolarisasi, ia segera digantikan oleh helium-3. Tidak berbahaya, menghasilkan gambar yang lebih tajam daripada xenon-129, dan memiliki momen magnetik tiga kali lipat, menghasilkan sinyal NMR yang lebih kuat. Selain itu, pengayaan xenon-129 karena kedekatan massa dengan isotop xenon lainnya adalah proses yang mahal, dan polarisasi gas yang dapat dicapai secara signifikan lebih rendah daripada helium-3. Selain itu, xenon-129 memiliki efek sedatif.

Tetapi jika tomografi medan rendah sederhana dan murah, mengapa MRI helium hiperpolarisasi tidak digunakan di setiap klinik sekarang? Ada satu kendala. Tapi apa!

Warisan Perang Dingin

Satu-satunya cara untuk mendapatkan helium-3 adalah dengan peluruhan tritium. Sebagian besar stok 3He berasal dari pembusukan tritium yang dihasilkan selama perlombaan senjata nuklir selama Perang Dingin. Di Amerika Serikat, pada tahun 2003, sekitar 260.000 liter helium-3 "mentah" (tidak dimurnikan) telah terakumulasi, dan pada tahun 2010 hanya tersisa 12.000 liter gas yang tidak digunakan. Sehubungan dengan meningkatnya permintaan akan gas yang langka ini, produksi tritium dalam jumlah terbatas bahkan dipulihkan pada tahun 2007, dan pada tahun 2015 direncanakan untuk menerima tambahan 8.000 liter helium-3 setiap tahun. Pada saat yang sama, permintaan tahunan untuk itu sudah setidaknya 40.000 liter (di mana hanya 5% yang digunakan dalam pengobatan). Pada bulan April 2010, Komite Ilmu Pengetahuan dan Teknologi AS menyimpulkan bahwa kekurangan helium-3 akan menyebabkan konsekuensi negatif yang nyata bagi banyak daerah. Bahkan para ilmuwan yang bekerja di industri nuklir AS mengalami kesulitan memperoleh helium-3 dari persediaan negara.

Pencampuran pendinginan

Industri lain yang tidak dapat melakukannya tanpa helium-3 adalah industri kriogenik. Untuk mencapai suhu ultra-rendah, yang disebut. lemari es pengenceran yang menggunakan efek melarutkan helium-3 menjadi helium-4. Pada suhu di bawah 0,87 K, campuran terpisah menjadi dua fase, kaya akan helium-3 dan helium-4. Transisi antara fase-fase ini membutuhkan energi, dan ini memungkinkan pendinginan hingga suhu yang sangat rendah - hingga 0,02 K. Perangkat yang paling sederhana memiliki pasokan helium-3 yang cukup, yang secara bertahap bergerak melalui antarmuka ke fase yang kaya akan helium-4 dengan penyerapan energi. Ketika pasokan helium-3 habis, perangkat tidak akan dapat bekerja lebih lanjut - itu "sekali pakai".
Metode pendinginan inilah, khususnya, yang digunakan di observatorium orbital Planck dari Badan Antariksa Eropa. Tugas Planck adalah merekam anisotropi CMB (dengan suhu sekitar 2,7 K) dengan resolusi tinggi menggunakan 48 detektor bolometrik HFI (High Frequency Instrument) yang didinginkan hingga 0,1 K. Sebelum pasokan helium-3 di sistem pendingin habis , Planck berhasil mengambil 5 gambar langit dalam jangkauan gelombang mikro.

Harga lelang helium-3 berfluktuasi sekitar $2.000 per liter, dan tidak ada tren penurunan yang diamati. Kekurangan gas ini disebabkan oleh fakta bahwa sebagian besar helium-3 digunakan untuk membuat detektor neutron, yang digunakan dalam perangkat untuk mendeteksi bahan nuklir. Detektor semacam itu mendaftarkan neutron sesuai dengan reaksi (n, p) - penangkapan neutron dan emisi proton. Dan untuk mendeteksi upaya mengimpor bahan nuklir, banyak detektor semacam itu diperlukan - ratusan ribu keping. Karena alasan inilah helium-3 menjadi sangat mahal dan tidak dapat diakses oleh obat massal.

Namun, ada harapan. Benar, mereka tidak ditugaskan ke helium-3 bulan (produksinya tetap menjadi prospek yang jauh), tetapi untuk tritium, yang terbentuk dalam reaktor air berat tipe CANDU, yang dioperasikan di Kanada, Argentina, Rumania, Cina, dan Selatan. Korea.

Helium-tiga. Ungkapan yang aneh dan tidak bisa dipahami. Namun, semakin jauh kita melangkah, semakin kita akan mendengarnya. Karena, menurut para ahli, helium-tigalah yang akan menyelamatkan dunia kita dari krisis energi yang akan datang. Dan di perusahaan ini peran paling aktif ditugaskan ke Rusia.

Bulan

Energi termonuklir yang menjanjikan, yang menggunakan reaksi fusi deuterium-tritium sebagai dasarnya, meskipun lebih aman daripada energi fisi nuklir, yang digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir modern, masih memiliki sejumlah kelemahan signifikan.

• Pertama, reaksi ini melepaskan jumlah neutron berenergi tinggi yang jauh lebih besar (berdasarkan urutan besarnya!). Tidak ada bahan yang diketahui dapat menahan fluks neutron yang begitu kuat selama lebih dari enam tahun - terlepas dari kenyataan bahwa masuk akal untuk membuat reaktor dengan sumber daya setidaknya 30 tahun. Akibatnya, dinding pertama reaktor fusi tritium perlu diganti - dan ini adalah prosedur yang sangat rumit dan mahal, yang juga terkait dengan mematikan reaktor untuk jangka waktu yang agak lama.
• Kedua, perlu untuk melindungi sistem magnetik reaktor dari radiasi neutron yang kuat, yang memperumit dan, karenanya, meningkatkan biaya desain.
• Ketiga, banyak elemen desain reaktor tritium setelah akhir operasi akan sangat aktif dan akan membutuhkan penguburan untuk waktu yang lama di fasilitas penyimpanan yang dibuat khusus untuk tujuan ini.

Dalam kasus penggunaan deuterium dengan isotop helium-3 sebagai ganti tritium dalam reaktor termonuklir, sebagian besar masalah dapat diselesaikan. Intensitas fluks neutron turun dengan faktor 30 - karenanya, dimungkinkan untuk dengan mudah memastikan masa pakai 30-40 tahun. Setelah operasi reaktor helium selesai, tidak ada limbah tingkat tinggi yang dihasilkan, dan radioaktivitas elemen struktural akan sangat rendah sehingga dapat dikubur secara harfiah di tempat pembuangan kota, ditaburi sedikit dengan tanah.

Apa masalahnya? Mengapa kita masih belum menggunakan bahan bakar fusi yang begitu menguntungkan?

Pertama-tama, karena isotop ini sangat kecil di planet kita. Ia lahir di Matahari, itulah sebabnya ia kadang-kadang disebut "isotop matahari". Massa totalnya di sana melebihi berat planet kita. Helium-3 dibawa ke ruang sekitarnya oleh angin matahari. Medan magnet Bumi membelokkan sebagian besar angin ini, dan oleh karena itu helium-3 hanya membentuk sepertriliun atmosfer Bumi - sekitar 4000 ton, di Bumi sendiri, bahkan lebih sedikit - sekitar 500 kg.

Ada lebih banyak isotop ini di Bulan. Di sana diselingi "regolit" tanah bulan, yang komposisinya menyerupai terak biasa. Kita berbicara tentang cadangan yang besar - hampir tidak ada habisnya!

Analisis enam sampel tanah yang dibawa oleh ekspedisi Apollo dan dua sampel yang dikirim oleh stasiun otomatis Soviet " Bulan”, menunjukkan bahwa regolith yang menutupi seluruh lautan dan dataran tinggi Bulan mengandung hingga 106 ton helium-3, yang akan memenuhi kebutuhan energi bumi, bahkan meningkat beberapa kali lipat dibandingkan dengan yang modern, selama satu milenium! Menurut perkiraan modern, cadangan helium-3 di Bulan tiga kali lipat lebih besar - 109 ton.

Selain Bulan, helium-3 dapat ditemukan di atmosfer padat planet-planet raksasa, dan, menurut perkiraan teoretis, cadangannya di Jupiter saja adalah 1020 ton, yang akan cukup untuk memberi daya pada Bumi hingga akhir zaman. .

Proyek produksi Helium-3

Regolith menutupi Bulan dengan lapisan setebal beberapa meter. Regolit laut bulan lebih kaya helium daripada regolit dataran tinggi. 1 kg helium-3 terkandung dalam sekitar 100.000 ton regolith.

Oleh karena itu, untuk mengekstraksi isotop yang berharga, perlu untuk memproses sejumlah besar tanah bulan yang rapuh.

Dengan mempertimbangkan semua fitur, teknologi produksi helium-3 harus mencakup proses berikut:

1. Ekstraksi regolit.

"Pemanen" khusus akan mengumpulkan regolith dari lapisan permukaan setebal sekitar 2 m dan mengirimkannya ke titik pemrosesan atau memprosesnya langsung dalam proses penambangan.

2. Pelepasan helium dari regolith.

Ketika regolith dipanaskan hingga 600 ° C, 75% helium yang terkandung dalam regolith dilepaskan (terdesorbsi); ketika dipanaskan hingga 800 ° C, hampir semua helium dilepaskan. Pemanasan debu diusulkan untuk dilakukan di tungku khusus, memfokuskan sinar matahari baik dengan lensa plastik atau cermin.

3. Pengiriman ke Bumi dengan pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali.

Selama ekstraksi helium-3, banyak zat juga diekstraksi dari regolith: hidrogen, air, nitrogen, karbon dioksida, nitrogen, metana, karbon monoksida, yang dapat berguna untuk mempertahankan kompleks industri bulan.

Proyek penggabungan bulan pertama, yang dirancang untuk memproses regolit dan mengekstraksi isotop helium-3 darinya, diusulkan oleh kelompok J. Kulchinski. Saat ini, perusahaan swasta Amerika sedang mengembangkan beberapa prototipe, yang tampaknya akan diajukan ke kompetisi setelah NASA memutuskan fitur ekspedisi ke bulan di masa depan.

Jelas bahwa, selain mengirim gabungan ke Bulan, mereka harus membangun fasilitas penyimpanan, pangkalan yang dapat dihuni (untuk melayani seluruh kompleks peralatan), pelabuhan antariksa, dan banyak lagi. Namun, diyakini bahwa biaya tinggi untuk menciptakan infrastruktur yang dikembangkan di Bulan akan terbayar dengan baik dalam hal fakta bahwa krisis energi global akan datang, ketika jenis pembawa energi tradisional (batubara, minyak, gas alam) akan harus ditinggalkan.

Masalah teknologi utama

Dalam perjalanan untuk menciptakan energi berdasarkan helium-3, ada satu masalah penting. Faktanya adalah bahwa reaksi deuterium-helium-3 jauh lebih sulit untuk dilaksanakan daripada reaksi deuterium-tritium.

Pertama-tama, sangat sulit untuk menyalakan campuran isotop ini. Suhu yang dihitung di mana reaksi termonuklir akan berlangsung dalam campuran deuterium-tritium adalah 100-200 juta derajat. Saat menggunakan helium-3, suhu yang dibutuhkan dua kali lipat lebih tinggi. Bahkan, kita harus menyalakan matahari kecil di Bumi.

Namun, sejarah perkembangan energi nuklir (setengah abad terakhir) menunjukkan peningkatan suhu yang dihasilkan dengan urutan besarnya selama 10 tahun. Pada tahun 1990, helium-3 sudah dibakar di tokamak JET Eropa, sedangkan daya yang dihasilkan adalah 140 kW. Pada waktu yang hampir bersamaan, TFTR tokamak Amerika mencapai suhu yang diperlukan untuk memulai reaksi dalam campuran deuterium-helium.

Namun, menyalakan campuran adalah setengah dari pertempuran. Kelemahan energi termonuklir adalah sulitnya memperoleh hasil praktis, karena benda kerja adalah plasma yang dipanaskan hingga jutaan derajat, yang harus disimpan dalam medan magnet.

Eksperimen penjinakan plasma telah dilakukan selama beberapa dekade, tetapi hanya pada akhir Juni tahun lalu di Moskow, perwakilan dari sejumlah negara menandatangani perjanjian tentang pembangunan Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional (ITER) di selatan Prancis di kota Cadarache, prototipe pembangkit listrik termonuklir praktis. ITER akan menggunakan deuterium dan tritium sebagai bahan bakar.

Reaktor fusi helium-3 secara struktural akan lebih kompleks daripada ITER, dan sejauh ini bahkan tidak ada dalam proyek. Dan meskipun para ahli berharap bahwa prototipe reaktor helium-3 akan muncul dalam 20-30 tahun ke depan, sementara teknologi ini tetap murni fantasi.

Masalah produksi helium-3 dianalisis oleh para ahli selama dengar pendapat tentang eksplorasi dan eksplorasi Bulan di masa depan, yang diadakan pada April 2004 di Subkomite Antariksa dan Aeronautika Komite Ilmu Pengetahuan Dewan Perwakilan Kongres AS. Kesimpulan mereka tegas: bahkan di masa depan yang jauh, ekstraksi helium-3 di Bulan sama sekali tidak menguntungkan.

Seperti yang dikatakan John Logsdon, direktur Institut Kebijakan Luar Angkasa di Washington, mengatakan: “Komunitas luar angkasa AS tidak menganggap penambangan helium-3 sebagai alasan serius untuk kembali ke bulan. Terbang ke sana untuk isotop ini seperti mengirim Columbus ke India untuk uranium lima ratus tahun yang lalu. Dia bisa membawanya, dan dia akan membawanya, hanya untuk beberapa ratus tahun tidak ada yang tahu apa yang harus dilakukan dengannya.

Penambangan Helium-3 sebagai proyek nasional

“Kita sekarang berbicara tentang energi termonuklir masa depan dan jenis bahan bakar ekologis baru yang tidak dapat diproduksi di Bumi. Kita berbicara tentang pengembangan industri bulan untuk ekstraksi helium-3.

Pernyataan oleh kepala perusahaan roket dan ruang angkasa Energia, Nikolai Sevastyanov, dianggap oleh pengamat ilmiah Rusia sebagai aplikasi untuk pembentukan "proyek nasional" baru.

Memang, pada kenyataannya, salah satu fungsi utama negara, terutama di abad ke-20, adalah perumusan tugas bagi masyarakat di ambang imajinasi. Ini juga berlaku untuk negara Soviet: elektrifikasi, industrialisasi, pembuatan bom atom, satelit pertama, pergantian sungai.

Hari ini di Federasi Rusia, negara sedang berusaha, tetapi tidak dapat merumuskan tugas di ambang hal yang mustahil. Negara membutuhkan seseorang untuk menunjukkannya sebagai proyek nasional dan membenarkan manfaat yang secara teoritis mengalir dari proyek ini. Program pengembangan dan produksi helium-3 dari Bulan ke Bumi untuk memasok energi termonuklir dengan bahan bakar idealnya memenuhi persyaratan ini.

"Saya hanya berpikir bahwa ada kekurangan dalam beberapa masalah teknologi utama," kata Alexander Zakharov, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Sekretaris Ilmiah Institut Penelitian Luar Angkasa dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, dalam sebuah wawancara. - Mungkin, karena ini, semua pembicaraan tentang produksi helium-3 di Bulan untuk energi termonuklir baru-baru ini muncul. Jika sebuah Bulan- sumber mineral, dan dari sana untuk membawa helium-3 ini, tetapi tidak ada cukup energi di Bumi ... Semua ini dapat dimengerti, kedengarannya sangat bagus. Dan untuk ini, mungkin mudah untuk membujuk orang-orang berpengaruh untuk mengalokasikan uang. Saya kira demikian".

Komposisi dan struktur

Properti fisik

Penggunaan

Penghitung neutron

Penghitung gas yang diisi dengan helium-3 digunakan untuk pendeteksian neutron. Ini adalah metode yang paling umum untuk mengukur fluks neutron. Mereka bereaksi

n+ 3 He → 3 H + 1 H + 0,764 MeV.

Produk reaksi bermuatan - triton dan proton - didaftarkan oleh pencacah gas yang beroperasi dalam mode pencacah proporsional atau pencacah Geiger-Muller.

Mendapatkan suhu sangat rendah

Dengan melarutkan helium-3 cair dalam helium-4, suhu milikelvin tercapai.

Obat

Helium-3 terpolarisasi (dapat disimpan untuk waktu yang lama) baru-baru ini digunakan dalam pencitraan resonansi magnetik untuk mencitrakan paru-paru menggunakan resonansi magnetik nuklir.

Harga

Harga rata-rata helium-3 pada tahun 2009 adalah $930 per liter.

Helium-3 sebagai bahan bakar nuklir

Reaksi 3 He + D → 4 He + p memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan reaksi deuterium-tritium yang paling dapat dicapai T + D → 4 He + n dalam kondisi terestrial. Manfaat ini meliputi:

Kerugian dari reaksi helium-deuterium termasuk ambang suhu yang jauh lebih tinggi. Suhu sekitar satu miliar derajat harus dicapai sebelum dapat dimulai.

Saat ini, helium-3 tidak diekstraksi dari sumber alami, tetapi dibuat secara artifisial, selama peluruhan tritium. Yang terakhir diproduksi untuk senjata termonuklir dengan menyinari boron-10 dan lithium-6 di reaktor nuklir.

Rencana penambangan Helium-3 di Bulan

Helium-3 adalah produk sampingan dari reaksi yang terjadi di Matahari. Di Bumi, itu ditambang dalam jumlah yang sangat kecil, diperkirakan beberapa puluh gram per tahun.

Tidak stabil (kurang dari sehari): 5 He: Helium-5, 6 He: Helium-6, 7 He: Helium-7, 8 He: Helium-8, 9 He: Helium-9, 10 He: Helium-10

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Helium-3" di kamus lain:

- (lat. Helium) Dia, unsur kimia golongan VIII dari sistem periodik, nomor atom 2, massa atom 4,002602, termasuk dalam gas mulia; tidak berwarna dan tidak berbau, densitas 0,178 g/l. Lebih sulit untuk dicairkan daripada semua gas yang diketahui (pada 268,93 ° C); ... ... Kamus Ensiklopedis Besar

- (Yunani, dari helyos matahari). Sebuah benda dasar ditemukan dalam spektrum matahari dan hadir di bumi dalam beberapa mineral langka; hadir di udara dalam jumlah sedikit. Kamus kata-kata asing termasuk dalam bahasa Rusia. Chudinov A.N ... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

- (simbol He), unsur gas non-logam, GAS MULIA, ditemukan pada tahun 1868. Pertama kali diperoleh dari mineral clevit (berbagai uranit) pada tahun 1895. Saat ini, sumber utamanya adalah gas alam. Juga terkandung dalam... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

Saya, suami. , tua Eliy, I. Ayah: Gelievich, Gelievna Turunan: Gelya (Gela); Elya. Asal: (Dari bahasa Yunani. hēlios sun.) Nama hari: 27 Juli Kamus nama pribadi. Helium Lihat Elius. Malaikat siang. Referensi … Kamus nama pribadi

HELIUM- kimia. elemen, simbol He (lat. Helium), di. n. 2, di. m.4.002, mengacu pada gas inert (mulia); tidak berwarna dan tidak berbau, massa jenis 0,178 kg/m3. Dalam kondisi normal, hidrogen adalah gas monoatomik, atom yang terdiri dari nukleus dan dua elektron; terbentuk... Ensiklopedia Politeknik Hebat

- (Helium), He, unsur kimia golongan VIII dari sistem periodik, nomor atom 2, massa atom 4,002602; mengacu pada gas mulia; zat dengan titik didih terendah (tbp 268.93shC), satu-satunya yang tidak memadat pada tekanan normal; ... ... Ensiklopedia Modern

“Kita sekarang berbicara tentang energi termonuklir masa depan dan jenis bahan bakar ekologis baru yang tidak dapat diproduksi di Bumi. Kita berbicara tentang pengembangan industri bulan untuk ekstraksi helium-3. Pernyataan kepala perusahaan roket dan ruang angkasa Energia Nikolai Sevastyanov ini, jika tidak mengejutkan imajinasi orang-orang Rusia yang taat hukum (mereka sekarang, menjelang musim pemanasan baru, hanya berurusan dengan helium-3), maka imajinasi para spesialis dan orang-orang yang tertarik tidak meninggalkan acuh tak acuh.

Ini dapat dimengerti: mengingat, secara halus, keadaan tidak cemerlang dalam industri kedirgantaraan domestik (anggaran luar angkasa Rusia 30 kali lebih sedikit daripada di Amerika Serikat dan 2 kali lebih sedikit daripada di India; dari 1989 hingga 2004, kami meluncurkan hanya 3 pesawat ruang angkasa penelitian), tiba-tiba, seperti ini, tidak lebih, tidak kurang - Rusia akan menghasilkan helium-3 di bulan! Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa, secara teoritis, isotop ringan helium ini mampu masuk ke dalam reaksi termonuklir dengan deuterium. Oleh karena itu, fusi dianggap oleh banyak ilmuwan sebagai sumber energi murah yang berpotensi tak terbatas. Namun, ada masalah: helium-3 kurang dari sepersejuta jumlah total helium di Bumi. Tetapi di tanah bulan, isotop ringan ini ditemukan berlimpah: menurut akademisi Eric Galimov, sekitar 500 juta ton ...

Mereka mengatakan bahwa pada suatu waktu di Amerika Serikat, sebuah poster besar digantung di depan pintu masuk Disneyland: "Kami dan negara kami dapat melakukan segalanya, satu-satunya hal yang membatasi kami adalah batas imajinasi kami." Semua ini tidak jauh dari kebenaran: proyek nuklir yang cepat dan efisien, program bulan yang sangat sukses, inisiatif pertahanan strategis (SDI), yang sepenuhnya menghabisi ekonomi Soviet. ...

Pada hakekatnya, salah satu fungsi utama negara, terutama pada abad ke-20, justru perumusan tugas bagi komunitas ilmiah di ambang imajinasi. Ini juga berlaku untuk negara Soviet: elektrifikasi, industrialisasi, pembuatan bom atom, satelit pertama, pergantian sungai ... Ngomong-ngomong, kami juga memiliki "poster" kami sendiri di depan Disneyland - "Kami dilahirkan untuk membuat dongeng menjadi kenyataan!”

“Saya hanya berpikir bahwa ada kekurangan dalam beberapa masalah teknologi utama,” kata Alexander Zakharov, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Sekretaris Ilmiah Institut Penelitian Luar Angkasa dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, dalam sebuah wawancara dengan saya. - Mungkin karena ini, semua pembicaraan tentang ekstraksi helium-3 di Bulan untuk energi termonuklir baru-baru ini muncul. Jika Bulan adalah sumber mineral, dan dari sana membawa helium-3 ini, tetapi tidak ada cukup energi di Bumi ... Semua ini dapat dimengerti, kedengarannya sangat indah. Dan untuk ini, mungkin mudah untuk membujuk orang-orang berpengaruh untuk mengalokasikan uang. Saya kira demikian".

Tapi masalahnya adalah bahwa tidak ada teknologi di Bumi saat ini - dan dalam 50 tahun ke depan setidaknya diperkirakan tidak akan muncul - membakar helium-3 dalam reaksi termonuklir. Bahkan tidak ada rancangan rancangan reaktor semacam itu. Reaktor termonuklir internasional ITER, yang saat ini sedang dibangun di Prancis, dirancang untuk "membakar" isotop hidrogen - deuterium dan tritium. Suhu yang dihitung dari "pengapian" reaksi termonuklir adalah 100-200 juta derajat. Untuk menggunakan helium-3, suhu harus orde besarnya atau dua lebih tinggi.

Jadi, kepala perusahaan roket dan ruang angkasa terbesar Rusia, Nikolai Sevastyanov, maaf atas ekspresinya, apakah membedaki otak kita dengan helium-3-nya? Tidak terlihat seperti itu. Mengapa!?

“Industri luar angkasa secara alami tertarik pada proyek yang begitu besar dan mahal,” kata Alexander Zakharov. “Tetapi dalam hal penggunaan praktisnya, sangat jelas bahwa ini terlalu dini.”

Untuk mengimplementasikan proyek helium-3, perlu untuk membuat program khusus untuk eksplorasi bulan tambahan, meluncurkan seluruh skuadron pesawat ruang angkasa, menyelesaikan masalah dengan produksi helium-3, pemrosesannya ... Ini akan menghancurkan negara lebih buruk dari SDI manapun.

"Saya tidak ingin mengatakan bahwa Bulan sepenuhnya tertutup dari sudut pandang ilmiah - ada juga tugas ilmiah yang tersisa," tegas Alexander Zakharov. - Tapi, seperti yang mereka katakan, ini harus dilakukan selangkah demi selangkah, saya tidak melupakan tugas ilmiah lainnya. Dan kemudian kami entah bagaimana menghindar: segera setelah Amerika mengumumkan program penerbangan berawak ke Mars, kami segera menyatakan bahwa kami juga siap untuk melakukan ini. Kami mendengar tentang program bulan - mari kita lakukan ini juga ... Kami tidak memiliki tugas nasional yang disengaja, seimbang, dan strategis.

Di sini kita kembali lagi ke tempat kita memulai, ke tugas strategis nasional. Masalahnya adalah, tidak seperti orang Amerika, kita tidak dibatasi oleh imajinasi kita - dengan ini, seperti yang ditunjukkan oleh pernyataan Nikolai Sevastyanov, semuanya beres dengan kita. Tetapi menurut perkiraan paling sederhana, program helium-3 (sebut saja begitu), menurut perkiraan paling konservatif, akan membutuhkan 5 miliar dolar untuk penelitian lima tahun.

Dari sudut pandang ilmiah murni, dalam masalah fusi berdasarkan TOKAMAKS, meskipun keputusan untuk membangun reaktor eksperimental internasional ITER, ada beberapa stagnasi. (Namun, ini adalah topik untuk diskusi terpisah.) Tampaknya bagi saya bahwa masalah helium-3 untuk beberapa bagian dari lobi termonuklir yang berpengaruh adalah ceruk baru untuk resusitasi dan realisasi ambisi profesional.

Tidak hanya itu - dan ini adalah hal yang cukup sensasional, dan satu-satunya alasan saya tidak memulai artikel saya dengan itu - seperti yang diberitahukan kepada kami oleh seorang ahli dari industri kedirgantaraan, proyek Rusia untuk ekstraksi isotop helium ringan di Bulan telah dialokasikan 1 miliar dolar! Uang ini, diduga, berasal dari Amerika.

Terlepas dari semua kerumitan kombinasi semacam itu, ujung-ujungnya bertemu di dalamnya dengan cukup sukses. Untuk mengamankan $104 miliar untuk program pangkalan bulan yang baru-baru ini diumumkan, Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional AS harus menunjukkan bahwa "pesaing strategis" juga waspada. Artinya, miliaran "Rusia" itu, di satu sisi, berada di atas kepala NASA... Oleh karena itu, lonjakan minat dalam produksi helium-3 di Rusia, tidak dapat dijelaskan oleh motif rasional.

Jika ini benar, maka sekali lagi kita semua harus memverifikasi validitas rumus yang diterbitkan sepuluh tahun lalu di jurnal Physics Today. Ini dia: "Ilmuwan bukanlah pencari kebenaran yang tidak tertarik, melainkan peserta dalam persaingan sengit untuk mendapatkan pengaruh ilmiah, yang pemenangnya merusak bank."

Helium 3 - energi masa depan

Kita semua tahu bahwa minyak kita tidak ada habisnya, dan penelitian juga telah membuktikan asal organiknya, yang berarti minyak adalah sumber daya yang tidak terbarukan. Minyak adalah cairan berminyak yang mudah terbakar, yang merupakan campuran hidrokarbon, merah-coklat, kadang-kadang berwarna hampir hitam, meskipun kadang-kadang juga sedikit berwarna kuning-hijau dan minyak bahkan tidak berwarna, memiliki bau tertentu, umum di cangkang sedimen. di bumi; salah satu mineral terpenting. Minyak adalah campuran dari sekitar 1000 zat individu, yang sebagian besar adalah hidrokarbon cair. Minyak menempati posisi terdepan dalam keseimbangan bahan bakar dan energi global: bagiannya dalam konsumsi total sumber daya energi adalah 48%.Itulah sebabnya minyak, sebagai sumber energi, sangat penting bagi umat manusia.

Saat ini, sumber energi utama adalah: pembangkit listrik termal, pembangkit listrik termal, pembangkit listrik tenaga nuklir.

Grafik tersebut dengan jelas menunjukkan bahwa hanya pembangkit listrik termal yang dapat membanggakan posisi terdepan, yang menggunakan sumber daya yang tidak terbarukan sebagai bahan bakar, seperti: minyak (semua jenis bahan bakar yang berasal dari minyak), batu bara, gas.

Pembangkit listrik tenaga air hanya menyumbang 20%, dan bahkan jika dunia mulai menggunakan jumlah sungai maksimum untuk pembangkit listrik tenaga air, total energi yang dilepaskan oleh semua pembangkit listrik tenaga air tidak akan dapat memenuhi kebutuhan umat manusia.

Pembangkit listrik tenaga nuklir hanya menempati 17% dari produksi energi dunia, penggunaan reaksi fisi atom membawa konsekuensi serius dalam bentuk radiasi.

Saat ini gas, batu bara, gambut, energi fisi atom (energi nuklir) aktif digunakan sebagai bahan baku alternatif, namun kita sangat menyadari bahwa mereka tidak dapat sepenuhnya menggantikan minyak bumi sebagai bahan baku produksi energi. Dan cadangan gas alam yang sama tidak ada habisnya, dengan menggunakan bahan baku alternatif ini kita hanya akan menunda krisis energi.

Para ilmuwan sangat menyadari masalah yang akan datang, dan menciptakan serta mempelajari sumber energi alternatif. Saat ini, para ilmuwan sedang mengerjakan proyek yang melibatkan penggunaan:

Biogas

Biodiesel

Bioetanol

Energi angin

Energi hidrogen

Energi panas bumi

Sel surya

Energi nuklir

Energi termonuklir (berdasarkan penggunaan Helium 3)

Bagian utama

Jadi, mari kita pertimbangkan setiap alternatif secara terpisah.

2.1 Biogas

Biometana adalah gas yang diperoleh dari fermentasi sampah organik (biogas). Area aplikasi biogas yang paling tepat adalah pemanasan peternakan, tempat tinggal dan area teknologi. Biogas juga dapat digunakan sebagai bahan bakar motor. Kelebihan bahan bakar yang dihasilkan dapat diolah menjadi listrik dengan menggunakan genset diesel.

Biometana memiliki konsentrasi energi volumetrik yang rendah. Dalam kondisi normal, nilai kalor adalah 1 liter. biometana adalah 33 - 36 kJ.

Biometana memiliki ketahanan detonasi yang tinggi, yang mengurangi konsentrasi zat berbahaya dalam gas buang dan mengurangi jumlah endapan di mesin.

Biometana sebagai bahan bakar motor harus digunakan dalam mesin transportasi baik dalam keadaan terkompresi atau cair. Namun, pencegah utama meluasnya penggunaan biometana terkompresi sebagai bahan bakar motor, seperti dalam kasus gas alam terkompresi, adalah pengangkutan sejumlah besar silinder bahan bakar.

Di luar negeri, masalah memperoleh dan menggunakan biogas mendapat perhatian besar. Dalam waktu singkat, seluruh industri biogas muncul di banyak negara di dunia: jika pada tahun 1980 ada sekitar 8 juta pabrik biogas di dunia dengan total kapasitas 1,7-2 miliar meter kubik. m per tahun, maka saat ini angka-angka ini sesuai dengan produktivitas biogas hanya satu negara - Cina.

Kelebihan biogas antara lain:

Menerima energi tanpa tambahan emisi CO 2 .

Sistem tertutup tidak atau sedikit mengeluarkan bau.

Memperbaiki situasi perdagangan dan mengurangi ketergantungan pada importir energi.

Listrik biogas dapat dihasilkan 24 jam sehari.

Tidak tergantung pada angin/air/listrik.

Perbaikan pemupukan tanah.

2.2 Biodiesel

Biodiesel adalah bahan bakar berbasis lemak nabati atau hewani (minyak), serta produk esterifikasinya. Hal ini diterapkan pada transportasi motor dalam bentuk berbagai campuran dengan bahan bakar diesel.

Aspek lingkungan aplikasi:

Biodiesel, seperti yang telah ditunjukkan oleh eksperimen, tidak membahayakan tanaman dan hewan ketika memasuki air. Selain itu, ia mengalami pembusukan biologis yang hampir lengkap: di tanah atau di air, mikroorganisme memproses 99% biodiesel dalam 28 hari, yang memungkinkan kita berbicara tentang meminimalkan polusi sungai dan danau.

Manfaat biodiesel antara lain:

peningkatan angka setana dan pelumasan, yang memperpanjang umur mesin;

pengurangan signifikan dalam emisi berbahaya (termasuk CO, CO2, SO2, partikel halus dan senyawa organik yang mudah menguap);

Mempromosikan pembersihan injektor, pompa bahan bakar dan saluran pasokan bahan bakar.

Kekurangan

Di musim dingin, perlu memanaskan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke pompa bahan bakar atau menggunakan campuran bahan bakar solar 20% BIODIESEL 80%.

2.3 Bioetanol

Bioetanol adalah bahan bakar alkohol cair yang uapnya lebih berat dari udara. Ini dihasilkan dari produk pertanian yang mengandung pati atau gula, seperti jagung, sereal atau tebu. Tidak seperti alkohol, dari mana minuman beralkohol dibuat, etanol bahan bakar tidak mengandung air dan diproduksi dengan distilasi yang dipersingkat (dua kolom distilasi, bukan lima), oleh karena itu mengandung metanol dan minyak fusel, serta bensin, yang membuatnya tidak dapat diminum.

Bioetanol berbasis bahan bakar diproduksi dengan cara yang hampir sama seperti alkohol makanan konvensional untuk produksi minuman beralkohol, tetapi ada beberapa perbedaan yang signifikan.

Etanol dapat diproduksi dari bahan baku yang mengandung gula dan pati: tebu dan bit, kentang, artichoke Yerusalem, jagung, gandum, barley, gandum hitam, dll.

Keunggulan bioetanol antara lain:

Etanol memiliki angka oktan yang tinggi

Bioetanol dapat terdegradasi dan tidak mencemari alam

sistem air

10% etanol dalam bensin mengurangi toksisitas knalpot

mengurangi emisi CO sebesar 26%, emisi oksida nitrogen

sebesar 5%, partikel aerosol sebesar 40%.

Etanol adalah satu-satunya yang terbarukan

bahan bakar cair yang penggunaannya dalam

sebagai aditif untuk bensin tidak memerlukan modifikasi

desain mesin

Itu tidak memiliki kekurangan yang menonjol.

2.4. Tenaga angin

Tenaga angin adalah sumber energi yang tidak diatur. Output dari ladang angin tergantung pada kekuatan angin, faktor yang sangat bervariasi. Dengan demikian, keluaran listrik dari generator angin ke sistem tenaga sangat tidak merata baik dalam jangka waktu harian dan mingguan, bulanan, tahunan dan jangka panjang. Mengingat bahwa sistem energi itu sendiri memiliki beban energi yang heterogen (puncak dan penurunan konsumsi energi), yang, tentu saja, tidak dapat diatur oleh energi angin, masuknya sebagian besar energi angin ke dalam sistem energi berkontribusi pada destabilisasinya. Jelas bahwa energi angin membutuhkan cadangan daya dalam sistem energi (misalnya, dalam bentuk pembangkit listrik turbin gas), serta mekanisme untuk menghaluskan heterogenitas pembangkitnya (dalam bentuk pembangkit listrik tenaga air atau pompa. pembangkit listrik penyimpanan). Fitur energi angin ini secara signifikan meningkatkan biaya listrik yang diterima dari mereka. Grid enggan untuk menghubungkan turbin angin ke grid, yang telah menyebabkan undang-undang yang mengharuskan mereka untuk melakukannya.

Turbin angin kecil yang berdiri sendiri mungkin memiliki masalah dengan infrastruktur jaringan, karena biaya saluran transmisi dan switchgear untuk terhubung ke jaringan listrik mungkin terlalu tinggi.

Turbin angin besar mengalami masalah perbaikan yang signifikan, karena penggantian sebagian besar (blade, rotor, dll.) pada ketinggian lebih dari 100 m adalah pekerjaan yang rumit dan mahal.

Keuntungan:

Ramah lingkungan.

Aman bagi manusia (tidak ada radiasi, tidak ada limbah).

Kerugian utama:

Kepadatan energi rendah per satuan luas roda angin; perubahan tak terduga dalam kecepatan angin di siang hari dan musim, membutuhkan reservasi ladang angin atau akumulasi energi yang dihasilkan; dampak negatif pada habitat manusia dan hewan, pada komunikasi televisi dan rute migrasi burung musiman.

2.5. Energi hidrogen

Energi hidrogen adalah arah dalam produksi dan konsumsi energi oleh umat manusia, berdasarkan penggunaan hidrogen sebagai sarana untuk mengumpulkan, mengangkut dan mengkonsumsi energi oleh manusia, infrastruktur transportasi dan berbagai area produksi. Hidrogen dipilih sebagai elemen yang paling umum di permukaan bumi dan di luar angkasa, panas pembakaran hidrogen adalah yang tertinggi, dan produk pembakaran dalam oksigen adalah air (yang sekali lagi dimasukkan ke dalam siklus energi hidrogen). Ada beberapa cara untuk menghasilkan hidrogen:

Dari gas alam

Gasifikasi batubara:

Elektrolisis air (*reaksi terbalik)

Hidrogen dari biomassa

Keuntungan:

kemurnian ekologi bahan bakar hidrogen.

pembaharuan.

efisiensi sangat tinggi - 75%, yang hampir 2,5 kali lebih tinggi daripada instalasi paling modern yang beroperasi pada minyak dan gas.

Hidrogen juga memiliki kelemahan yang lebih serius. Pertama, dalam keadaan gas bebas, itu tidak ada di alam, yaitu harus ditambang. Kedua, hidrogen, sebagai gas, cukup berbahaya. Campurannya dengan udara pada awalnya "terbakar", yaitu, melepaskan panas, dan kemudian dengan mudah meledak dari percikan sekecil apa pun. Contoh klasik dari ledakan hidrogen adalah kecelakaan Chernobyl, ketika hidrogen terbentuk sebagai akibat dari zirkonium yang terlalu panas dan air yang jatuh di atasnya, yang kemudian diledakkan. Ketiga, hidrogen perlu disimpan di suatu tempat, dan dalam wadah besar, karena memiliki kerapatan yang rendah. Dan itu hanya dapat dikompresi di bawah tekanan yang sangat tinggi, sekitar 300 atmosfer.

2.6. energi panas bumi

Letusan gunung berapi adalah bukti nyata dari panas yang sangat besar di dalam planet ini. Para ilmuwan memperkirakan suhu inti bumi pada ribuan derajat Celcius. Suhu ini berangsur-angsur menurun dari inti bagian dalam yang panas, di mana para ilmuwan percaya bahwa logam dan batu hanya bisa ada dalam keadaan cair, ke permukaan bumi. Energi panas bumi dapat digunakan dalam dua cara utama - untuk menghasilkan listrik dan untuk memanaskan rumah, institusi dan perusahaan industri. Yang mana dari tujuan ini akan digunakan tergantung pada bentuk yang menjadi milik kita. Terkadang air menyembur keluar dari tanah dalam bentuk "uap kering" murni, mis. uap tanpa campuran tetesan air. Uap kering ini dapat langsung digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Air kondensasi dapat dikembalikan ke tanah dan, jika kualitasnya cukup baik, dibuang ke badan air terdekat.

Transformasi energi panas laut.

Ide memanfaatkan perbedaan suhu air laut untuk menghasilkan listrik muncul sekitar 100 tahun yang lalu, yaitu pada tahun 1981. Fisikawan Prancis Jacques D. Arsonval menerbitkan sebuah karya tentang energi matahari laut. Pada saat itu, banyak yang telah diketahui tentang kemampuan laut untuk menerima dan menyimpan energi panas. Mekanisme kelahiran arus laut dan keteraturan utama dalam pembentukan perbedaan suhu antara permukaan dan lapisan dalam air juga diketahui.

Penggunaan perbedaan suhu dimungkinkan dalam tiga arah utama: konversi langsung berdasarkan elemen termo, konversi panas menjadi energi mekanik dalam mesin termal dan konversi menjadi energi mekanik dalam mesin hidrolik menggunakan perbedaan densitas air hangat dan dingin.

Keuntungan:

Mereka hampir bebas perawatan.

Salah satu keuntungan dari pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah, dibandingkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil, pembangkit ini mengeluarkan karbon dioksida sekitar dua puluh kali lebih sedikit ketika menghasilkan jumlah listrik yang sama, yang mengurangi dampaknya terhadap lingkungan global.

Keuntungan utama dari energi panas bumi adalah praktis tidak habis-habisnya dan kemandirian penuh dari kondisi lingkungan, waktu, hari dan tahun.

Masalah apa yang muncul saat menggunakan air panas bawah tanah? Yang utama adalah kebutuhan untuk menyuntikkan kembali air limbah ke akuifer bawah tanah. Air panas mengandung sejumlah besar garam dari berbagai logam beracun (misalnya, boron, timbal, seng, kadmium, arsenik) dan senyawa kimia (amonia, fenol), yang mengecualikan pembuangan air ini ke sistem air alami yang terletak di permukaan. .

2.7. Sel surya

Cara kerja sel surya:

tenaga surya Sel (SC) terbuat dari bahan yang secara langsung mengubah sinar matahari menjadi listrik. Sebagian besar sel surya yang diproduksi secara komersial saat ini terbuat dari silikon.

Dalam beberapa tahun terakhir, jenis bahan baru untuk sel surya telah dikembangkan. Misalnya sel surya film tipis yang terbuat dari tembaga-indium-diselenida dan CdTe (kadmium tellurida). SC ini juga baru-baru ini digunakan secara komersial.

Keuntungan:

Energi matahari hampir tak terbatas

Ramah lingkungan

Aman untuk manusia dan alam

Kekurangan : Pembangkit listrik tenaga surya tidak bekerja pada malam hari dan tidak bekerja efektif pada waktu senja pagi dan sore hari. Pada saat yang sama, puncak konsumsi daya jatuh pada malam hari. Selain itu, kapasitas pembangkit listrik dapat berfluktuasi secara drastis dan tidak terduga akibat perubahan cuaca. Karena nilai konstanta matahari yang relatif kecil, energi matahari memerlukan penggunaan lahan yang luas untuk pembangkit listrik (misalnya, untuk pembangkit listrik 1 GW, ini mungkin beberapa puluh kilometer persegi). Terlepas dari kebersihan lingkungan dari energi yang diterima, sel surya itu sendiri mengandung zat beracun, seperti timbal, kadmium, galium, arsenik, dll., dan produksinya mengkonsumsi banyak zat berbahaya lainnya. Fotosel modern memiliki masa pakai terbatas (30-50 tahun), dan penggunaan massal akan segera mengangkat masalah sulit pembuangannya, yang juga belum memiliki solusi yang dapat diterima lingkungan.

2.8.Energi nuklir

Energi nuklir (energi atom), energi internal inti atom yang dilepaskan selama transformasi nuklir (reaksi nuklir). Penggunaan energi nuklir didasarkan pada penerapan reaksi berantai fisi inti berat dan reaksi fusi termonuklir - fusi inti ringan; keduanya dan reaksi lainnya disertai dengan pelepasan energi.Misalnya, selama fisi satu inti, sekitar 200 MeV dilepaskan. Dengan fisi lengkap inti yang terletak di 1 g uranium, energi dilepaskan 2,3 * 104 kWh. Ini setara dengan energi yang diperoleh dengan membakar 3 ton batu bara atau 2,5 ton minyak. Reaksi fisi nuklir terkendali digunakan dalam reaktor nuklir.

Keuntungan:

harga listrik yang rendah dan berkelanjutan (relatif terhadap biaya bahan bakar);

Dampak lingkungan sedang.

Kerugian dari pembangkit listrik tenaga nuklir:

Bahan bakar yang diiradiasi berbahaya, membutuhkan pemrosesan ulang dan tindakan penyimpanan yang rumit dan mahal;

Mode operasi yang tidak diinginkan dengan daya variabel untuk reaktor yang beroperasi pada neutron termal;

Dengan kemungkinan insiden yang rendah, konsekuensinya sangat parah

Investasi modal besar, baik spesifik, per 1 MW kapasitas terpasang untuk unit dengan kapasitas kurang dari 700-800 MW, dan umum, yang diperlukan untuk pembangunan stasiun, infrastrukturnya, serta dalam hal kemungkinan likuidasi.

Semua alternatif minyak di atas memiliki satu, tetapi kelemahan yang sangat signifikan, mereka TIDAK dapat SEPENUHNYA menggantikan minyak sebagai sumber energi. Hanya penggunaan energi termonuklir yang dapat membantu dalam situasi ini.

2.9 Energi termonuklir

Energi termonuklir dengan partisipasi helium 3 adalah energi yang aman dan berkualitas tinggi.

reaksi termonuklir. Pelepasan energi selama fusi inti atom ringan deuterium, tritium atau lithium dengan pembentukan helium terjadi selama reaksi termonuklir. Reaksi ini disebut termonuklir karena hanya dapat berlangsung pada suhu yang sangat tinggi. Jika tidak, gaya tolak-menolak listrik tidak memungkinkan inti untuk saling mendekat sehingga gaya tarik inti mulai bekerja. Reaksi fusi nuklir adalah sumber energi bintang. Reaksi yang sama terjadi selama ledakan bom hidrogen. Implementasi fusi termonuklir terkendali di Bumi menjanjikan umat manusia sumber energi baru yang praktis tidak ada habisnya. Yang paling menjanjikan dalam hal ini adalah reaksi fusi deuterium dan tritium.

Jika Anda menggunakan deuterium dengan isotop helium-3 dalam reaktor fusi, bukan bahan yang digunakan dalam tenaga nuklir. Intensitas fluks neutron turun dengan faktor 30 - karenanya, dimungkinkan untuk dengan mudah memastikan masa pakai reaktor selama 30-40 tahun (jumlah radiasi yang dipancarkan berkurang). Setelah operasi reaktor helium selesai, tidak ada limbah tingkat tinggi yang dihasilkan, dan radioaktivitas elemen struktural akan sangat rendah sehingga dapat dikubur secara harfiah di tempat pembuangan kota, ditaburi sedikit dengan tanah.

Jadi apa masalahnya? Mengapa kita masih belum menggunakan bahan bakar fusi yang begitu menguntungkan?

Pertama-tama, karena isotop ini sangat kecil di planet kita. Ia lahir di Matahari, itulah sebabnya ia kadang-kadang disebut "isotop matahari". Massa totalnya di sana melebihi berat planet kita. Helium-3 dibawa ke ruang sekitarnya oleh angin matahari. Medan magnet Bumi membelokkan sebagian besar angin ini, dan oleh karena itu helium-3 hanya membentuk sepertriliun atmosfer Bumi - sekitar 4000 ton, di Bumi sendiri, bahkan lebih sedikit - sekitar 500 kg.

Ada lebih banyak isotop ini di Bulan. Di sana diselingi "regolit" tanah bulan, yang komposisinya menyerupai terak biasa. Kita berbicara tentang cadangan yang besar - hampir tidak ada habisnya!

Analisis terhadap enam sampel tanah yang dibawa oleh ekspedisi Apollo dan dua sampel yang dikirim oleh stasiun Luna otomatis Soviet menunjukkan bahwa regolith yang menutupi semua lautan dan dataran tinggi Bulan mengandung hingga 106 ton helium-3, yang akan memenuhi kebutuhan energi bumi , bahkan meningkat dibandingkan dengan yang modern beberapa kali, selama satu milenium! Menurut perkiraan modern, cadangan helium-3 di Bulan tiga kali lipat lebih besar - 109 ton.

Selain Bulan, helium-3 dapat ditemukan di atmosfer padat planet-planet raksasa, dan, menurut perkiraan teoretis, cadangannya di Jupiter saja adalah 1020 ton, yang akan cukup untuk memberi daya pada Bumi hingga akhir zaman. .

Proyek produksi Helium-3

Regolith menutupi Bulan dengan lapisan setebal beberapa meter. Regolit laut bulan lebih kaya helium daripada regolit dataran tinggi. 1 kg helium-3 terkandung dalam sekitar 100.000 ton regolith.

Oleh karena itu, untuk mengekstraksi isotop yang berharga, perlu untuk memproses sejumlah besar tanah bulan yang rapuh.

Dengan mempertimbangkan semua fitur, teknologi produksi helium-3 harus mencakup proses berikut:

1. Ekstraksi regolit.

"Pemanen" khusus akan mengumpulkan regolith dari lapisan permukaan setebal sekitar 2 m dan mengirimkannya ke titik pemrosesan atau memprosesnya langsung dalam proses penambangan.

2. Pelepasan helium dari regolith.

Ketika regolith dipanaskan hingga 600 ° C, 75% helium yang terkandung dalam regolith dilepaskan (terdesorbsi); ketika dipanaskan hingga 800 ° C, hampir semua helium dilepaskan. Pemanasan debu diusulkan untuk dilakukan di tungku khusus, memfokuskan sinar matahari baik dengan lensa plastik atau cermin.

3. Pengiriman ke Bumi dengan pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali.

Selama ekstraksi helium-3, banyak zat juga diekstraksi dari regolith: hidrogen, air, nitrogen, karbon dioksida, nitrogen, metana, karbon monoksida, yang dapat berguna untuk mempertahankan kompleks industri bulan.

Proyek penggabungan bulan pertama, yang dirancang untuk memproses regolit dan mengekstraksi isotop helium-3 darinya, diusulkan oleh kelompok J. Kulchinski. Saat ini, perusahaan swasta Amerika sedang mengembangkan beberapa prototipe, yang tampaknya akan diajukan ke kompetisi setelah NASA memutuskan fitur ekspedisi ke bulan di masa depan.

Jelas bahwa, selain mengirim gabungan ke Bulan, mereka harus membangun fasilitas penyimpanan, pangkalan yang dapat dihuni (untuk melayani seluruh kompleks peralatan), pelabuhan antariksa, dan banyak lagi. Namun, diyakini bahwa biaya tinggi untuk menciptakan infrastruktur yang dikembangkan di Bulan akan terbayar dengan baik dalam hal fakta bahwa krisis energi global akan datang, ketika jenis pembawa energi tradisional (batubara, minyak, gas alam) akan harus ditinggalkan.

Mengingat minyak akan habis dalam 35-40 tahun, kami memiliki cukup waktu untuk melaksanakan proyek semacam itu. Dan negara yang akan mampu menerapkannya akan menjadi pemimpin di masa depan, dan jika kita menggabungkan upaya, kita dapat mencapai hasil yang lebih besar dan dalam kerangka waktu yang lebih cepat.

Jadi, mengapa energi termonuklir? Karena itu:

Sumber energi skala besar dengan bahan bakar yang melimpah dan tersedia di mana-mana.

Dampak lingkungan global yang sangat rendah - Tidak ada emisi CO2.

- "Operasi sehari-hari" pembangkit listrik tidak memerlukan pengangkutan bahan radioaktif.

Pembangkit listrik aman, tanpa kemungkinan "meltdown" atau "reaksi tak terkendali".

Tidak ada limbah radioaktif, yang tidak menimbulkan masalah bagi generasi mendatang.

Menguntungkan: Dibutuhkan sekitar 100 kg deuterium untuk menghasilkan 1 GW energi dan 3 ton lithium alami untuk digunakan sepanjang tahun, menghasilkan sekitar 7 miliar kWh

3.Kesimpulan

Jadi, energi adalah sumber daya penting yang diperlukan untuk keberadaan umat manusia yang nyaman. Dan ekstraksi energi adalah salah satu masalah utama umat manusia. Saat ini minyak bumi aktif digunakan sebagai sumber energi listrik dan bahan bakar, namun tidak terbatas, dan cadangannya hanya berkurang setiap tahun. Dan alternatif yang dikembangkan saat ini tidak memungkinkan untuk mengganti oli sepenuhnya atau memiliki kelemahan serius.

Saat ini, satu-satunya sumber energi yang dapat menyediakan jumlah energi yang diperlukan untuk seluruh umat manusia dan pada saat yang sama tidak memiliki kekurangan yang serius adalah energi termonuklir berdasarkan penggunaan helium 3. Teknologi untuk memperoleh energi dari reaksi ini melelahkan dan membutuhkan investasi besar, tetapi energi yang diperoleh ramah lingkungan dan dihitung dalam miliaran kilowatt.

Jika Anda mendapatkan energi yang murah dan ramah lingkungan, Anda dapat mengganti oli sebanyak mungkin, misalnya meninggalkan mesin bensin dan beralih ke listrik, menghasilkan panas menggunakan listrik, dll. Dengan demikian, minyak, sebagai bahan baku untuk produksi kimia, akan cukup bagi umat manusia selama berabad-abad yang akan datang.

Oleh karena itu, di bulan (yang merupakan sumber utama helium 3) perlu dibuat industri. Untuk menciptakan sebuah industri, Anda perlu memiliki rencana pengembangan, dan ini adalah masalah beberapa tahun, dan semakin cepat Anda memulai, semakin baik. Karena jika Anda harus melakukannya dalam situasi putus asa (saat krisis energi, misalnya), mendesak, itu akan menghasilkan pengeluaran yang sama sekali berbeda.

Dan negara yang berkembang lebih cepat ke arah ini akan menjadi pemimpin di masa depan. Karena energi adalah masa depan.

4. Daftar literatur yang digunakan

1. http://ru.wikipedia.org/ - ensiklopedia dunia

2. http://www.zlev.ru/61_59.htm - Majalah "Singa Emas" No. 61-62 - publikasi pemikiran konservatif Rusia, Kapan minyak akan habis?

3. http://www.vz.ru/society/2007/11/25/127214.html - LIHAT / Saat minyak habis

4. http://vz.ru/economy/2007/11/1/121681.html - LIHAT / Dunia kehabisan minyak

5. http://bio.fizteh.ru/departments/physchemplasm/topl_element.html ->Alternatif untuk minyak?. Fakultas Fisika Molekuler dan Biologi, Institut Fisika dan Teknologi Moskow. "Phystech-Portal", "Pusat Phystech"

6. http://encycl.accoona.ru/?id=74848 - ENERGI NUKLIR - ensiklopedia internet, kamus penjelasan.

7. http://www.vepr.ru/show.html?id=7 - Dari mana listrik berasal (riwayat kejadian)

8. http://www.bioenergy.by/mejdu_1.htm - Energi biomassa. Proyek UNDP/GEF BYE/03/G31 di Belarus

9. http://bibliotekar.ru/alterEnergy/37.htm - Kelebihan dan kekurangan energi angin. Prinsip konversi energi angin. Tenaga angin

10. http://www.smenergo.ru/hydrogen_enegry/ - Energi hidrogen. Energi dan energi.

11. http://works.tarefer.ru/89/100323/index.html Sumber daya utama dan energi fusi

12. http://tw.org.ua/board/index.php?showtopic=162 - Energi termonuklir

13. http://www.helium3.ru/main.php?video=yes - Helium-3, Helium-3

14. http://razrabotka.ucoz.ru/publ/4-1-0-16 - HELIUM-TIGA - ENERGI MASA DEPAN - program bulan - Katalog artikel - Pengembangan

15. http://www.fp7-bio.ru/presentations/fisheries/bioetanol.pdf/at_download/file - energi masa depan

16. http://www.scienmet.net/ - Generator angin, energi angin

17. http://oil-resources.info - sumber bahan bakar

18.http://ru.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_energy.

19.http://www.ruscourier.ru/archive/2593 - kerugian hidrogen

20. http://www.intersolar.ru/geothermal/pressa/rbsgeo.html - Energi dari kedalaman - www.intersolar.ru

21.http://web-japan.org/nipponia/nipponia28/en/feature/feature09.html - NIPPONIA No.28 15 Maret 2004

22. http://www.kti.ru/forum/img/usersf/pic_41.doc - sumber energi alternatif

23. http://www.rosnpp.org.ru/aes_preimush.shtml - pembangkit listrik tenaga nuklir

24. http://www.atomstroyexport.ru/nuclear_market/advantage/ - energi nuklir

25. http://solar-battery.narod.ru/termoyad.htm - energi termonuklir beraksi

26.http://business.km.ru/magazin/view.asp?id=7B07CB0288D54DC0AC68C60AF246D693 - Bisnis KM.RU. Masa depan industri energi Rusia terletak pada biofuel dan energi termonuklir