El helio-3 Generación de Energía
Helio-3 (He3) es gas que tiene el potencial de ser utilizado como combustible en las futuras centrales de fusión nuclear. Hay muy poco de helio-3 disponible en la Tierra. Sin embargo, se cree que hay importantes suministros en la Luna. Varios gobiernos han señalado posteriormente su intención de ir a la Luna para extraer helio-3 como un suministro de combustible. Tales planes pueden llegar a buen término dentro de los próximos dos o tres décadas y desencadenar una nueva carrera espacial.
El helio-3 y la fusión nuclear
Para proporcionar un poco de historia - y sin entrar profundamente en la ciencia - todas las centrales nucleares utilizar una reacción nuclear para producir calor. Esto se utiliza para convertir el agua en vapor que acciona entonces una turbina para producir electricidad. Actuales centrales nucleares tienen reactores de fisión nuclear en el que los núcleos de uranio son parte dividida. Esto libera la energía, sino también la radiactividad y el combustible nuclear gastado que se vuelva a transformarse en uranio, plutonio y residuos radiactivos que tiene que ser almacenado seguridad, eficacia indefinidamente. Una descripción de este ciclo del combustible nuclear se puede encontrar aquí.
Durante más de 40 años, los científicos han estado trabajando para crear la energía nuclear de fusión nuclear en lugar de la fisión nuclear. En los reactores de fusión nuclear actuales, el hidrógeno isótopos tritio y deuterio se utilizan como combustible, con la energía atómica libera cuando su fusible núcleos para crear helio y un neutrón. La fusión nuclear hace efectivamente uso de la misma fuente de energía que alimenta el Sol y otras estrellas, y no produce la radiactividad y los residuos nucleares que es el subproducto de la generación de energía nuclear de fisión actual. Sin embargo, los neutrones de modo denominados "rápidos"-liberadas por los reactores de fusión nuclear alimentados por tritio y deuterio conducen a la pérdida de energía significativa y son extremadamente difíciles de contener. Una posible solución puede ser utilizar helio-3 y deuterio como los combustibles en "aneutronic" (potencia sin neutrones) reactores de fusión. La reacción nuclear implicado aquí cuando helio-3 y deuterio fusible crea helio normal y un protón, que gasta menos energía y es más fácil de contener. Por lo tanto, los reactores de fusión nuclear utilizando helio-3 podrían proporcionar una forma muy eficiente de la energía nuclear, prácticamente sin residuos y sin radiación. Un gráfico de pared corta explicar esto con más detalle se puede encontrar aquí. Las reacciones de fisión y fusión nucleares antes mencionados también se ilustran en las animaciones en mi Minería el video Luna.
La minería de helio-3 en la Luna
Uno de los muchos problemas asociados con el uso de helio-3 para crear energía a través de la fusión nuclear es que, al menos en la Tierra, el helio-3 es muy, muy raro. Helio-3 se produce como un subproducto del mantenimiento de armas nucleares, lo que podría neto un suministro de alrededor de 15 kg de un año. El helio-3 es, sin embargo, emitida por el sol dentro de sus vientos solares. Nuestra atmósfera impide que cualquiera de este helio-3 que llega a la Tierra. Sin embargo, ya que no tiene una atmósfera, no hay nada que impida que el helio-3 que llega a la superficie de la Luna y ser absorbidos por el suelo lunar. Como resultado, se ha estimado que hay alrededor de 1.100.000 de toneladas métricas de helio-3 sobre la superficie de la luna a una profundidad de unos pocos metros. Este helio-3 podría potencialmente ser extraído calentando el polvo lunar a unos 600 grados C, antes de traer de vuelta a la Tierra para alimentar una nueva generación de plantas de energía nuclear de fusión.
Como se informó en un documento Proyecto Artemisa, cerca de 25 toneladas de helio-3 - o la pena una totalmente cargado transbordador espacial de carga de la bahía - podría alimentar los Estados Unidos durante un año. Esto significa que el helio-3 tiene un valor económico potencial en el orden de $ 3 mil millones por tonelada - lo que es la única cosa remotamente económicamente viable a considerar la minería de las tecnologías de los viajes espaciales actuales y probablemente futuros-near-Luna dados y capacidades.
Debido a lo anterior, es quizás sorprendente que un interés serio se está tomando en el helio-3 lunar. En 2006, Nikolai Sevastyanov, jefe de la corporación espacial rusa Energia, se dice que dijo que Rusia tiene la intención de helio-3 lunar mina, con una base lunar permanente que se estableció en 2015 y a escala industrial de producción de helio-3 para comenzar por 2020. es claro que esto no va a suceder! planes estadounidenses de la década de noughties a "establecer una base permanente en uno de los polos de la Luna para el 2024", con helio-3 señalizan como una de las razones detrás de esta misión, son también tristemente propensos a llegar a nada.
Lo anterior se ha señalado, el Programa de Exploración Lunar de China mantiene un buen ritmo, y está siendo dirigido por un científico con una fuerte desmentida en el potencial de la minería de helio-3 lunar. En diciembre de 2013, China logró aterrizar un módulo de aterrizaje del robot en la Luna, por lo que completar con éxito la etapa 3 de su Programa de Exploración Lunar. A finales de 2017, la quinta y última etapa del programa actual tiene la intención de enviar una nave robótica a la luna que devolverá las rocas lunares a la Tierra. Si todo va bien, un programa tripulado puede seguir en la década de 2020, por lo que pone el fundamento potencial para que China a la mía para el helio-3 en la Luna en la década de 2030 o más allá. . .
Una flor en la oscuridad?
El tema de la minería de helio-3 en la Luna como combustible para las futuras centrales nucleares, limpias y seguras es fascinante que plantea muchas preguntas. Algunas de estas preguntas son muy técnicos, y se refieren a la viabilidad de la física nuclear involucrados. Otras preguntas se refieren a los aspectos prácticos de no poca importancia asociados con la obtención de la luna, la minería y la super-calentamiento grandes cantidades de roca lunar (Space.com han informado de una sugerencia de aproximadamente un millón de toneladas de suelo lunar que se necesitan para ser extraída y procesada por cada 70 toneladas de rendimiento de helio-3), y luego conseguir la preciosa carga de nuevo a la Tierra. Sin embargo, las preguntas mucho más interesante podría decirse que se refieren a por qué esto es un tema que está recibiendo tan poco medios de comunicación y la atención del público.
Como se señaló anteriormente, varios de los gobiernos más grandes del planeta tienen en varias ocasiones hicieron anuncios que están considerando ya sea de forma activa o le gustaría ir a la Luna para extraer helio-3. Sea o no la ciencia funcione de verdad, este es sin duda una noticia importante. Dado que los debates públicos relativos a la construcción de las futuras centrales de fisión nuclear e incluso parques eólicos ahora rabia con gran vigor y un alto perfil de los medios de comunicación, ¿por qué las plantas de energía de helio-3 como parte de una estrategia de energía potencial en el futuro son rara vez o nunca siquiera se menciona es excepcionalmente difícil de comprender.
Nadie está tratando de ocultar el potencial de la futura generación de energía de helio-3 lunar. Sin embargo, como una rosa en un cuarto oscuro, existe el peligro potencial de que algo de la belleza va a dejar de ganar la luz que requiere, si más atención no empieza a ser languidecido en lo que podría terminar como una parte muy importante de la solución a El pico del petróleo y otros combustibles fósiles agotamiento de los recursos, por no mencionar el cambio climático.
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Una razón de abundancia entre los elementos de viento solar en regolito no se corresponde con los de viento solar. La mayor parte del helio se escapa capturado regolito. La izquierda parte insignificante de helio depende de la capacidad del lunar
regolito para mantener el helio, por lo que la abundancia de helio capturado regolito en primer lugar depende de la composición
y las propiedades y casi no depende de helio suministro. Dependiendo del mecanismo de la captura dos tipos básicos de atrapada 3
Él se distinguen. los primero se une débilmente, el helio y el segundo intergrainedes fuerte salto, implantado en partículas de regolito.
La débil abundancia de helio con destino está controlado por dos parámetros fundamentales: el suministro de viento solar, el cual depende de una longitud y latitud, y la desgasificación, que depende de la temperatura de la superficie y la saturación
de regolito. Las mediciones directas de débil cota de helio-3 abundancia en el regolito en los sitios de aterrizaje en la luna están ausentes, porque el helio débil unido es muy inestable a influencias mecánicas en regolito lunar .
La abundancia de implantado 3
Él es sustancialmente definida por una cantidad de minerales electroconductoras y un grado de imperfección de radiación de un mineral red cristalina, es decir, un grado de madurez del regolito. minerales metálicos electroconductores altas, por ejemplo, ilmenita (FeTiO3), bajo la superficie de la radiación solar, el viento, mantener la propia estructura cristalina frente nonelectroconductive principales minerales de roca, que la capa superficial pierde la estructura cristalina y se convierte en amorfa.
Eso explica por alta temperatura mecánica y lo suficientemente estabilidad de helio implantado que esencialmente supera los calores del mediodía en la Luna en el área ecuatorial de la Luna.
Las mediciones directas de la implantada 3
él abundancia en el regolito muestras demostraron la distinta la dependencia de la concentración de isótopos del tamaño de
fracción: el menor tamaño de las partículas de regolito, más concentración de 3
Él. Esto se explica por la concentración de los gases en la capa superficial de los granos separados, es decir, el tamaño de partícula de menos, más la superficie de la partícula relativa al total del peso volumétrico de regolito. Como un todo Hay 80% de todo el helio atrapado están contenidos en partículas de regolito en el tamaño <50 micras, que hacen alrededor del 50% del total de regolito. 90% de la atrapada 3 que son contenida en la fracción del regolito en el tamaño <100 micras. 10% de la 3
Él representa la abundancia de 0,1- 1 partículas de regolito mm. fuerte dependencia observable del 3 él abundancia en los tamaños de partículas y regolito impone una estructura importantes restricciones en el uso de la medida y publicado datos para una estimación de este isótopo reservas probables en el regolito lunar. Así estimaciones De la abundancia recibido por preliminar enriquecido fracciones, y también para los componentes separados de regolito asignado a minerales, productos químicos u otro atributo, son de poca utilidad o inadecuado, debido a la significativa ventaja reevaluación de las reservas. Las estimaciones más imparciales se reciben las muestras representativas de regolito sin división en fracciones y componentes, como por ejemplo, los datos sobre la estación de "Luna - 24", que permitirá estimar la abundancia promedio ponderado de
la capa de regolito de espesor de 218 cm, es decir, sobre todo profundidad de perforación. En la tabla 1 se muestra 3
Не abundancia en la Luna regolito para diferentes áreas de los sitios de aterrizaje. El especificado Los valores son los más representativos y se recomiendanpara su uso en el cálculo de helio reservas probables.
Utilizando las evaluaciones de espesor de regolito en el aterrizaje sitios (Tabla 1), mapa de grosor regolito [8] para el Cerca de Side, y el mapa geológico mundial [11] se calculó el volumen regolito que se aproxima para cada geológica complejo. El uso de la clementina de datos [10] basaltos yegua fueron divididos en tres categorías por la abundancia de TiO2: alta Ti (5-10%), moderada-Ti (3-5%), y lowTi (1-3%) (Tabla 2).Para el cálculo se utiliza las mediciones directas de 3
Él abundancia de regolito como lugar de aterrizaje
representante de cada categoría (Tabla 1).
Las reservas probables de 3 implantado
El lunar de
regolito en el área de titanio de alta ocurrencia de basalto
preocupan a la máxima categoría I y se calcula como
53000 toneladas en la Luna zona de Side. En su conjunto en todo
Superficie lunar las reservas probables de esta categoría
se estima que 61.000 toneladas.
La probable 3
Él reserva de categoría II preocupación
a las áreas de ocurrencia de basaltos de mar con moderada
la abundancia de TiO2 (3-5%) y se estima que 109000
toneladas en la zona de Side. Es dos veces más en las reservas,
que en la categoría I, pero es casi 4 veces más en
el área ocupada.
Las zonas con reservas probables de una categoría III
se caracterizan por una baja de titanio basaltos yegua ocurrencias
con la abundancia reducida de 3
Él en el regolito.
Se estima que las reservas probables de esta categoría
como 143000 toneladas en la Luna zona de Side. reservas
de esta categoría asentarse en aproximadamente
las mismas áreas, así como acciones de las categorías II, pero son
caracterizado por la casi dos veces mayor espesor de
regolito. En suma las reservas probables de tres primeros
categorías se estiman en 306000 toneladas en la zona de Luna
Lado y se producen en el 12% de toda la superficie de un hemiLunar
and Planetary Science XXXVIII (2007) 2175.pdf
esfera. Prácticamente las reservas de las tres primeras categorías
ocurrir en el territorio yeguas lunar. El área de la yegua
complejos geológicos se estima aproximadamente como 13
% De toda la zona de zona de Side.
La cuarta categoría de reservas probables se caracteriza
por valores bajos de 3
Él abundancia y la elevada
espesor medio de regolito. Las reservas probables de
esta categoría se producen en las zonas altas de la Luna y
se estima que en todo el área de la Luna en 2150000 toneladas.
Las reservas probables generales de fuerte cota 3
Él
en el regolito lunar en toda la superficie de la Luna se estiman
en 2469000 toneladas (Tabla 2). En el lado cercano
las reservas generales se estiman en 1276000 toneladas.
Para la comparación, las reservas probables de 3
Él en el Cercano
Lado en la base de ópticas radiolocating independiente
[8] modelo se estima como 1034000 toneladas. Es bastante en
concuerda con la estimación de las reservas recibidas en el
base del análisis de la compleja geología, geoquímica
y datos geofísicos.
Las reservas probables generales de débil obligados 3
Él,
por la falta de los datos de abundancia y distribución,
No se estimaron. estimaciones teóricas muestran que
la abundancia de débil ligada 3
Él en el regolito en la escuela
latitudes en la Luna pueden exceder la abundancia de
fuerte cota 3
Él en titanio de alta regolito basáltica
dos veces y más y para llegar a 44 ppb. Por lo tanto, la estimación
en 2469000 toneladas se pueden considerar con confianza
lo suficiente como valor mínimo inferior del general
Las reservas de 3
Él en la Luna
Las reservas obtenidos son ásperas, debido a la limitada
que además de los datos con frecuencia no se corresponden con la
requisitos representativos de la estimación. Pero el
los datos disponibles ya permiten definir algunas categorías de
Las reservas de helio sin pausa. Los sitios más Perspective
ser considerados para ciertos lugares de aterrizaje como primer y
y otras como sitios potenciales para la creación y construcción
de bases lunares, como el Mare Tranquilidad, la
parte central de la Mare Imbrium, una parte significativa de
territorio de Oceanus Procellarum y en parte de la Mare
Humorum, la Mare Nubium y la yegua Crisium,
y en vista de las posibles reservas de débil con destino 3
Él
las zonas de los polos norte y sur.