สมมติฐาน ข้อเท็จจริง เหตุผล

Lunar Helium-3 เป็นเชื้อเพลิงแสนสาหัสแห่งอนาคต

ความคิดเห็นจากผู้เขียนไซต์: ด้วยการเปิดใช้งานโครงการอวกาศ American Lunar เราได้ยินมากขึ้นว่านอกเหนือจากการมีน้ำแล้ว ดวงจันทร์ยังมีไอโซโทปฮีเลียม-3 สำรองจำนวนมากซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสำหรับพลังงานนิวเคลียร์แห่งอนาคต เป็นเช่นนั้นหรือไม่ โอกาสใดที่สัญญาไว้สำหรับมนุษยชาติ เราจำเป็นต้องสำรวจดวงจันทร์เลยหรือไม่ และจะทำสิ่งนี้ได้อย่างไร - นี่เป็นเพียงรายการคำถามเล็ก ๆ คำตอบที่คุณจะได้เรียนรู้ในบทความนี้ซึ่งก็คือ บทที่ “ฮีเลียม-3” จากหนังสือของนักวิชาการของ Russian Academy of Sciences Eric Mikhailovich Galimov "แผนและการคำนวณผิด: การวิจัยอวกาศขั้นพื้นฐานในรัสเซียในช่วงยี่สิบปีที่ผ่านมา ยี่สิบปีของความพยายามที่ไร้ผล"

ข้อเท็จจริงที่ว่าดวงจันทร์อุดมด้วยฮีเลียม-3 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วนับตั้งแต่มีการนำวัตถุบนดวงจันทร์มายังโลกเป็นครั้งแรก ในตัวอย่างดินบนดวงจันทร์ที่นักบินอวกาศชาวอเมริกันนำมาระหว่างการสำรวจอพอลโลและส่งมอบโดยยานอวกาศ Luna อัตโนมัติของโซเวียตความเข้มข้นสัมพัทธ์ของไอโซโทปฮีเลียม 3 He (อัตราส่วน 3 He / 4 He) กลายเป็นว่าสูงกว่าฮีเลียมบนบกเป็นพันเท่า . นี่เป็นผลมาจากการฉายรังสีบรรยากาศที่ไม่มีการป้องกันของพื้นผิวดวงจันทร์โดยการแผ่รังสีจากร่างกายจากดวงอาทิตย์ ในช่วงเวลาหลายพันล้านปี อะตอมของธาตุที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ถูกนำเข้าสู่ชั้นฝุ่นบนพื้นผิว (รีโกลิธ) ของดวงจันทร์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมทั้งหมดในอัตราส่วนไอโซโทปที่มีอยู่ในดวงอาทิตย์ ข้อเท็จจริงอีกประการหนึ่ง - ว่า 3 เขาเป็นเชื้อเพลิงแสนสาหัสที่มีประสิทธิภาพ - เป็นที่รู้จักของนักฟิสิกส์แม้กระทั่งก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตาม ข้อเท็จจริงเหล่านี้ไม่ได้สรุปในทางปฏิบัติในช่วงหลายปีที่ผ่านมา พลังงานของโลกได้มาจากการพัฒนาการผลิตน้ำมันและก๊าซอย่างรวดเร็ว พลังงานนิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบยูเรเนียมที่มีอยู่ ปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสที่ควบคุมไม่ได้เกิดขึ้นได้แม้จะมีปฏิกิริยาง่ายกว่าของดิวทีเรียมกับไอโซโทปก็ตาม บนโลกนี้ ฮีเลียม-3 หายไปในปริมาณทางอุตสาหกรรม

ในช่วงปลายยุค 80 - ต้นยุค 90 มีสิ่งพิมพ์เกี่ยวกับการใช้ดวงจันทร์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับโลกที่เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น มีการเสนอโครงการเพื่อส่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่รวบรวมบนพื้นผิวดวงจันทร์มายังโลกในรูปแบบของลำแสงความถี่สูงแบบโฟกัส แนวคิดในการขุดและส่งมอบฮีเลียมฮีเลียม -3 บนดวงจันทร์ก็แสดงออกมาเช่นกัน ผู้ที่กระตือรือร้นในแนวคิดนี้โดยเฉพาะคือชายผู้ไปดวงจันทร์ นักบินอวกาศชาวอเมริกันฮาโรลด์ ชมิดต์. เขาเขียนหนังสือจริงจังเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการใช้ฮีเลียม-3

ในการเรียกร้องให้กลับไปสู่การสำรวจดวงจันทร์ ข้าพเจ้า นอกเหนือจากภารกิจการวิจัยเฉพาะและเร่งด่วนแล้ว โครงสร้างภายในดวงจันทร์ซึ่งถูกกล่าวถึงอย่างต่อเนื่องว่าเป็นงานที่ต้องคำนึงถึงในฐานะโอกาสอันห่างไกลคือการพัฒนาทรัพยากรฮีเลียม -3 บนดวงจันทร์

ฉันคิดว่าวันนี้เราไม่สามารถคาดการณ์ได้แน่ชัดว่าการสำรวจดวงจันทร์จะให้อะไรแก่เรา ดังนั้นเราจึงดำเนินการนี้อย่างลังเล ขี้อาย และล่าช้า ฉันต้องเขียนมากกว่าหนึ่งครั้งว่าการศึกษาดวงจันทร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อธรณีวิทยาขั้นพื้นฐาน การสร้างประวัติศาสตร์ยุคแรกเริ่มของโลกขึ้นใหม่ การเกิดขึ้นของชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร และชีวิต เป็นไปไม่ได้หากไม่ได้ศึกษาดวงจันทร์ หากเพียงเพราะร่องรอยของประวัติศาสตร์โลกในช่วง 500-600 ล้านปีแรกได้ถูกลบออกไปจนหมดในบันทึกทางธรณีวิทยา แต่ยังคงถูกเก็บรักษาไว้บนดวงจันทร์ และเนื่องจากดวงจันทร์และโลกเป็นตัวแทนของระบบที่เป็นหนึ่งเดียวทางพันธุกรรม

ในบรรดาอะตอมฮีเลียมทั้งหมดที่มีอยู่บนโลก อะตอม 99.999862% มีมวลเป็น 4 เท่าของมวลอะตอมไฮโดรเจน นี่คือฮีเลียม-4 นิวเคลียสของอะตอมคืออนุภาคอัลฟาที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี และอะตอมฮีเลียมที่เหลืออีก 0.000138% นั้นหนักกว่าอะตอมไฮโดรเจนเพียง 3 เท่า นี่คือฮีเลียม-3

อัตราส่วนของฮีเลียม-3 และฮีเลียม-4 ในระดับจักรวาลมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยจำนวนไอโซโทปเหล่านี้แตกต่างกันประมาณหนึ่งลำดับความสำคัญ ในสสารอุกกาบาตและหินบนดวงจันทร์ ปริมาณฮีเลียม-3 อยู่ระหว่าง 17 ถึง 32% ของปริมาณฮีเลียมทั้งหมด เมื่อหลายพันล้านปีก่อนบนโลก อัตราส่วนของฮีเลียม-4 ต่อฮีเลียม-3 นั้นเท่ากันกับในจักรวาลทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป ฮีเลียมที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์นิวเคลียสปฐมภูมิได้ระเหยไปจากชั้นบรรยากาศของโลกจนหมด และฮีเลียมทั้งหมดที่อยู่บนโลกทุกวันนี้ก็ก่อตัวขึ้นจากการสลายกัมมันตภาพรังสี นั่นคือฮีเลียม-4 เกือบมีเพียงฮีเลียม-4 เท่านั้นที่มีอยู่บนโลก และฮีเลียม-3 นั้นก่อตัวบนดวงอาทิตย์เท่านั้นอันเป็นผลจากปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เกิดขึ้นที่นั่น (ฮีเลียม-4 ก่อตัวบนดวงอาทิตย์เป็นหลัก แต่ก็มีฮีเลียม-3 จำนวนมากก็ก่อตัวที่นั่นเช่นกัน) องค์ประกอบเหล่านี้บินจากดวงอาทิตย์สู่อวกาศในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่า "ลมสุริยะ" (รังสีคอสมิกชนิดพิเศษ) “ลมสุริยะ” ไปไม่ถึงโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น: ชั้นบรรยากาศและสนามแม่เหล็กเข้ามารบกวน แต่สมมติว่าบนดวงจันทร์ซึ่งไร้ชั้นบรรยากาศ อนุภาคของ "ลมสุริยะ" จะตกลงมาและ "ติดอยู่" ในชั้นผิวดิน

จนกระทั่งบางครั้งข้อเท็จจริงเหล่านี้เป็นเพียงความสนใจทางทฤษฎีเท่านั้น ในทางปฏิบัติ ผู้คนเริ่มพูดถึงฮีเลียม-3 เมื่อเห็นได้ชัดว่าน้ำมันจะหมดในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า ถ่านหินและก๊าซจะมีอายุการใช้งานนานกว่าเล็กน้อย แต่ก็ไม่นานเช่นกัน แน่นอนว่าวิธีเดียวที่จะแก้ปัญหาพลังงานได้คือการใช้พลังงานของนิวเคลียสของอะตอม อย่างไรก็ตาม ปริมาณสำรองยูเรเนียมก็มีไม่สิ้นสุดเช่นกัน... ดังนั้น เป็นเวลาครึ่งศตวรรษที่มีแนวคิดในการใช้ ฟิวชั่นแสนสาหัส.

ในปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ อะตอมของไอโซโทปแสงของไฮโดรเจนสี่อะตอมรวมกันเป็นอะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอมและปล่อยพลังงานออกมา อย่างไรก็ตาม สำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นบนโลก ไอโซโทปแสงของไฮโดรเจน (ซึ่งคิดเป็น 99.985% ของไฮโดรเจนทั้งหมด) ไม่เหมาะสมเนื่องจากปฏิกิริยาฟิวชันของไอโซโทปไฮโดรเจนเบามีส่วนตัดขวางที่เล็กมาก (ความน่าจะเป็นของการเกิดปฏิกิริยา) มันเป็นส่วนตัดขวางต่ำของปฏิกิริยาที่ทำให้มั่นใจในความเสถียรของดวงอาทิตย์ - ไม่เช่นนั้นมันจะไม่ใช่ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เสถียร แต่เป็นการระเบิดแสนสาหัส

สำหรับปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เกิดขึ้นบนโลก เราต้องการ "ไฮโดรเจนหนัก" - ดิวทีเรียม ไฮโดรเจนที่มีอยู่บนโลก (ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของน้ำ) ดิวเทอเรียมคิดเป็น 0.015% สามารถสกัดได้ด้วยวิธีอิเล็กโทรไลซิสของน้ำธรรมดา ซึ่งมีดิวทีเรียมคิดเป็น 0.0017% โดยน้ำหนัก อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากดิวเทอเรียมแล้ว ปฏิกิริยาแสนสาหัสยังต้องมีองค์ประกอบที่สอง ซึ่งอะตอมจะต้องหนักกว่าไฮโดรเจนถึง 3 เท่า นี่อาจเป็น "ไฮโดรเจนหนักยิ่งยวด" ซึ่งเรียกว่าทริเทียมหรือฮีเลียม-3 เดียวกัน ไอโซโทปไม่มีอยู่บนโลก นอกจากนี้ยังมีกัมมันตภาพรังสีสูงและไม่เสถียร ไอโซโทปเหมาะสำหรับระเบิดไฮโดรเจนและการติดตั้งเชิงทดลอง แต่ไม่เหมาะสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ "อุตสาหกรรม" (ใน ระเบิดไฮโดรเจนไอโซโทปเกิดขึ้นเมื่อลิเทียมถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอนอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา: 6 Li + n -> 3 H + 4 He) ปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เกิดขึ้นเมื่อมีไอโซโทปมีส่วนร่วมอธิบายได้ด้วยสมการต่อไปนี้: 2 H + 3 H -> 4 He + n + 17.6 MeV ปฏิกิริยานี้ถือเป็นปฏิกิริยาหลักในโครงการที่วางแผนไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงการ ITER ระหว่างประเทศที่ถูกสร้างขึ้น

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของปฏิกิริยาดังกล่าวคือ ประการแรก ความต้องการไอโซโทปที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงและประการที่สอง ความจริงที่ว่าในระหว่างปฏิกิริยาดังกล่าว รังสีนิวตรอนที่รุนแรงจะถูกสร้างขึ้น ดังนั้นใน เมื่อเร็วๆ นี้โครงการต่างๆ กำลังถูกสร้างขึ้นสำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ "ปราศจากนิวตรอน" โดยมีเชื้อเพลิงคือฮีเลียม-3 ซึ่งเป็นไอโซโทปฮีเลียมเบา สมการของปฏิกิริยา "ไร้นิวตรอน" คือ:

3 เขา + 3 เขา -> 4 เขา + 2p + 12.8 MeV
3 เขา + D -> 4 เขา + p + 8.35 MeV

ข้อดีของปฏิกิริยาฮีเลียม-3 เมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาดิวทีเรียม-ทริเทียมก็คือ ประการแรก มันไม่ต้องใช้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเป็นเชื้อเพลิง และประการที่สอง พลังงานที่ได้จะถูกพาออกไปไม่ใช่กับนิวตรอน แต่กับโปรตอน ซึ่งจะเป็น ดึงพลังงานออกมาได้ง่ายขึ้น

ปัญหาเดียวคือการไม่มีฮีเลียม-3 บนโลกเสมือนจริง แต่ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ฮีเลียม-3 มีอยู่ในดินดวงจันทร์ ดังนั้นเพื่อให้มีแหล่งพลังงานหลังจากเชื้อเพลิงฟอสซิลหมดหน่วยงานอวกาศ ประเทศต่างๆพวกเขากำลังพัฒนาแผนการสร้างฐานบนดวงจันทร์ที่จะแปรรูปดินบนดวงจันทร์ (เรียกว่ารีโกลิธ) สกัดฮีเลียม-3 จากที่นั่น และส่งไปในรูปของเหลวไปยังโรงไฟฟ้าแสนสาหัสบนโลก ฮีเลียม-3 หนึ่งตันเพียงพอที่จะสนองความต้องการพลังงานของมนุษยชาติเป็นเวลาหลายปี ซึ่งจะครอบคลุมต้นทุนทั้งหมดในการสร้างฐานดวงจันทร์ บุชได้ตั้งเป้าหมายไว้แล้ว: เพื่อสร้างฐานดวงจันทร์ของอเมริกาในปี 2558-2563

วันนี้กำลังทำอะไรในรัสเซีย? นี่คือข้อความบางส่วนจากสำนักข่าว

“รัสเซียอาจกลับมาดำเนินโครงการทางจันทรคติอีกครั้งภายในไม่กี่ปี”
15 มกราคม 2547

ปัญหาของการกลับมาดำเนินการโครงการสำรวจดวงจันทร์และดาวอังคารต่อกำลังถูกหารือในรัสเซีย รองหัวหน้าคนแรกของ Rosaviakosmos Nikolai Moiseev กล่าวกับ ITAR-TASS “ภายในสิ้นปีนี้ โครงการอวกาศของรัฐบาลกลางจนถึงปี 2558 จะได้รับการพัฒนา ซึ่งอาจรวมถึงโครงการเหล่านี้ด้วย” เขากล่าว ตามที่ Moiseev กล่าวว่า "มีความคิดริเริ่มมากมายจากนักวิทยาศาสตร์ในการจัดการสำรวจดวงจันทร์และดาวอังคาร แต่ยังไม่ทราบว่าสิ่งใดที่จะรวมอยู่ในโครงการของรัฐบาลกลาง"

รัสเซียสามารถฟื้นฟูโครงการดวงจันทร์ได้ภายในไม่กี่ปี Roald Kremnev รองผู้อำนวยการคนแรกของสมาคมวิจัยและการผลิต Lavochkin กล่าว
“หลังจากการล่มสลายของโครงการสำรวจดาวเทียมของโลกของสหภาพโซเวียตในช่วงปลายทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา เราได้สนับสนุนการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคในหัวข้อนี้ในระดับสมัยใหม่มานานกว่าสามทศวรรษ” เครมเนฟกล่าว ตามที่เขาพูดในเวลาปัจจุบันในองค์กรที่สร้าง Lunokhod ในตำนาน "มีงานค้างที่สำคัญของหุ่นยนต์ทางจันทรคติ" ตามข้อมูลของเครมเนฟ การสร้างและการเปิดตัวอุปกรณ์ดังกล่าวจะมีราคา 600 ล้านรูเบิล

แหล่งพลังงานบนดวงจันทร์สามารถช่วยโลกจากวิกฤตพลังงานโลกได้ Eric Galimov นักวิชาการจาก RAS Space Council Bureau กล่าว นักวิทยาศาสตร์อ้างว่าไอโซโทปที่ขุดบนดวงจันทร์และส่งมายังโลกสามารถนำมาใช้ในการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัสได้
ที่มา: NEWSru.com

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียเสนอให้ใช้รถปราบดินเพื่อขุดเชื้อเพลิงมหัศจรรย์จากดวงจันทร์
23 มกราคม 2547

นักวิชาการ สถาบันการศึกษารัสเซียวิทยาศาสตร์สมาชิกของสำนักสภาอวกาศของ Russian Academy of Sciences Eric Galimov เชื่อว่ามีความจำเป็นต้องเริ่มการเตรียมการสำหรับการสกัดเชื้อเพลิงบนดวงจันทร์ทันทีรายงานของ ITAR-TASS ในความเห็นของเขา การสกัดฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์และการกำจัดออกจากที่นั่นโดยยานอวกาศสามารถเริ่มได้ใน 30-40 ปี

“เพื่อให้มวลมนุษยชาติมีพลังงานเป็นเวลาหนึ่งปี จำเป็นต้องมีเที่ยวบินเพียงสองหรือสามเที่ยวเท่านั้น ยานอวกาศด้วยความสามารถในการบรรทุก 10 ตันซึ่งจะส่งฮีเลียม-3 จากดวงจันทร์... ค่าใช้จ่ายในการจัดส่งระหว่างดาวเคราะห์จะน้อยกว่าต้นทุนไฟฟ้าที่ผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบันหลายสิบเท่า” กาลิมอฟกล่าว

ตามการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์ การส่งมอบสารอาจเริ่มได้ใน 30-40 ปี แต่งานในด้านนี้ต้องเริ่มต้นตั้งแต่ตอนนี้ ตามที่เขาพูด การพัฒนาโครงการ "ต้องใช้เงินเพียง 25-30 ล้านดอลลาร์" นักวิทยาศาสตร์แนะนำให้รวบรวมฮีเลียม-3 จากพื้นผิวดวงจันทร์ด้วยรถปราบดินพิเศษ
ที่มา: Lenta.Ru

เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ในสุนทรพจน์ของเขาเกี่ยวกับโครงการอวกาศใหม่ของสหรัฐฯ ประธานาธิบดีบุชประกาศว่าควรสร้างฐานถาวรบนดวงจันทร์ ซึ่งจะเป็นก้าวแรกสู่การสำรวจอวกาศของมนุษย์เพิ่มเติม นอกจากนี้เขายังกล่าวอีกว่าดินบนดวงจันทร์สามารถนำมาแปรรูปเพื่อผลิตเชื้อเพลิงจรวดและอากาศที่หายใจได้

บุชยกตัวอย่างสองวิธีในการประมวลผลดินบนดวงจันทร์ แต่โดยทั่วไปรายการแร่ธาตุบนดวงจันทร์นั้นค่อนข้างยาว... ซิลิคอนที่พบในดินบนดวงจันทร์สามารถใช้ทำแผงโซลาร์เซลล์ เหล็ก - สำหรับโครงสร้างโลหะต่างๆ อลูมิเนียม ไทเทเนียมและแมกนีเซียม - เพื่อสร้างเรือที่จะออกสู่อวกาศห่างจากโลก
และแน่นอนว่าพวกเขากำลังจะขุดไอโซโทปฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์ซึ่งหาได้ยากมากบนโลก และการผลิตภายใต้สภาวะภาคพื้นดินมีราคาแพงมาก

(อ้างอิงจาก SiliconValley.com)

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2546 ผู้นำโครงการอวกาศของจีนได้ประกาศเริ่มงานอย่างเป็นทางการเพื่อส่งยานวิจัยไปยังดวงจันทร์ เมื่อเร็วๆ นี้ ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของโครงการนี้ ซึ่งเป็นนักวิชาการของ Chinese Academy of Sciences Ouyang Ziyuan ประกาศว่าในขั้นตอนแรกของการสำรวจดวงจันทร์ จีนคาดว่าจะมีส่วนสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์และการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศ ดังนั้นโครงการทางจันทรคติของจีนจึงสัญญาว่าจะชดใช้อย่างรวดเร็ว

เหนือสิ่งอื่นใด โครงการสำรวจดวงจันทร์ของจีนในระยะแรกจะวัดความหนาของดินบนดวงจันทร์ ประเมินอายุของพื้นผิว และกำหนดปริมาณฮีเลียม-3 (ไอโซโทปฮีเลียมที่หายากมากบนโลกที่สามารถใช้เป็น เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน) อยู่ที่นั่น
(อ้างอิงจากวัสดุจาก SpaceDaily)

การอภิปรายที่น่าสนใจเกี่ยวกับโครงการอวกาศที่จำเป็นเพื่อให้ได้ปริมาณสำรองฮีเลียม-3 มีระบุไว้ในบทความโดย Candidate of Technical Sciences ซึ่งเป็นสมาชิกที่สอดคล้องกันของ Academy of Cosmonautics K. E. Tsiolkovsky Yuri Eskov “ สำหรับเชื้อเพลิงสะอาด - ถึงยูเรเนียม” ตีพิมพ์ใน Rossiyskaya Gazeta, 11 เมษายน 2545 ผู้เขียนเขียนว่าการค้นหาฮีเลียม-3 ในชั้นบรรยากาศยังมีประสิทธิภาพมากกว่าบนดวงจันทร์อีกด้วย ดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลดาวยักษ์ เช่น ดาวยูเรนัส ซึ่งมีฮีเลียม-3 เท่ากับ 1:3000 (ซึ่งมากกว่าในดินบนดวงจันทร์ถึงพันเท่า) ตามข้อเสนอของผู้เขียน “การสกัดฮีเลียม-3 และการส่งมันไปยังโลกควรดำเนินการโดยยานอวกาศที่ใช้แล้วทิ้งไร้คนขับ (“เรือบรรทุกน้ำมัน”) ซึ่งเป็นเครื่องยนต์นิวเคลียร์ไฟฟ้าที่มีกำลัง 100,000 กิโลวัตต์ทำงานตลอดทั้ง 2- เที่ยวบินทาง ภายใน 10 ปี อุปกรณ์นี้จะครอบคลุมระยะทางที่ยากจะจินตนาการได้ถึง 6 พันล้านกิโลเมตร โปรดทราบว่าเครื่องยนต์ที่สามารถครอบคลุมระยะทางขนาดมหึมาดังกล่าวในเวลาที่ยอมรับได้ (10 ปี) สามารถทำงานได้ด้วยพลังงานนิวเคลียร์เท่านั้น โดยใช้เชื้อเพลิงเดียวกันกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน (โดยหลักการแล้ว สามารถบินได้บนนั้น) พลังงานแสงอาทิตย์แต่แล้วอุปกรณ์จะมีน้ำหนักหลายแสนตัน) นอกจากนี้เครื่องยนต์ดังกล่าวยัง "สกปรก" มากต่อสิ่งแวดล้อม เคล็ดลับก็คือว่ามันถูกปล่อยจากวงโคจรโลกที่สูงและใช้เวลาทั้งชีวิตอยู่ในอวกาศ ดังนั้นจึงไม่มี ปัญหาสิ่งแวดล้อมมันไม่ได้สร้างมาเพื่อประชากรโลก

ระบบจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ภาคพื้นดินซึ่งมีกำลังการผลิตรวม 3 พันล้านกิโลวัตต์จะประกอบด้วย "เรือบรรทุก" เป็นระยะ ๆ (สี่ครั้งต่อปี) ที่ปล่อยจากวงโคจรโลกต่ำ การจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงของอุปกรณ์นั้นเพียงพอสำหรับวิธีเดียวเท่านั้น: มันจะไปถึงเป้าหมายด้วยถังเปล่า เมื่อบินไปยังดาวยูเรนัสและเข้าสู่วงโคจรภายในชั้นบรรยากาศของโลกแล้ว "เรือบรรทุกน้ำมัน" จะเริ่มทำงานในโหมดโรงงานเพื่อแบ่งบรรยากาศโดยรอบออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ: จากก๊าซเหลวจะปล่อยฮีเลียม 3 เชิงพาณิชย์และไฮโดรเจนซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิง สำหรับเที่ยวบินขากลับ ไฮโดรเจนส่วนใหญ่และฮีเลียมปกติทั้งหมดจะถูกทิ้งไป ดังนั้นการเติมเชื้อเพลิงแบบส่งคืน (โดยที่งานการส่งคืนเป็นไปไม่ได้) จึงกลายเป็นอิสระอย่างแท้จริง จากผลการบินดังกล่าว ฮีเลียมเหลว 3 จำนวน 70 ตันจะถูกส่งไปยังวงโคจรระดับต่ำ ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง จะมี “เรือบรรทุกน้ำมัน” ประมาณ 40 ลำบนเส้นทางโลก-ดาวยูเรนัส

คำถามที่เป็นธรรมชาติเกิดขึ้น: เทคโนโลยีที่มีอยู่สามารถรับประกันการทำงานของระบบดังกล่าวได้มากน้อยเพียงใด? คำตอบ: องค์ประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่อย่างที่พวกเขาพูดกันว่า "ในฮาร์ดแวร์" ส่วนที่เหลืออยู่ในระดับการพัฒนาการออกแบบขั้นสูง ซึ่งบางส่วนถูกนำเข้าสู่ขั้นตอนการทดลอง ปัญหาหลักที่นี่คือโรงไฟฟ้าออนบอร์ด จนถึงปัจจุบัน มีการสั่งสมประสบการณ์เชิงบวกมากมายในการสร้างและการดำเนินงานเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนบกที่มีกำลังการผลิต 4 ล้านกิโลวัตต์ โดยมีอายุการใช้งานสูงสุด 30 ปี กำลังเครื่องปฏิกรณ์ของเรือดำน้ำนิวเคลียร์สูงถึง 100,000 กิโลวัตต์ด้วยทรัพยากรนานหลายสิบปี นอกจากนี้ยังมีประสบการณ์ในประเทศในการสร้างและดำเนินการการติดตั้งนิวเคลียร์ขนาดเล็กที่มีเอกลักษณ์สำหรับยานอวกาศที่มีกำลังสูงถึง 100 กิโลวัตต์ เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงสำหรับเครื่องยนต์นิวเคลียร์ในอวกาศได้รับการทดสอบทั้งในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต สำหรับขนาดของยานพาหนะไร้คนขับที่เปิดตัว (450 ตันรวมเชื้อเพลิง 200 ตัน) นั้นสอดคล้องกับลำดับความสำคัญของมวลของ ISS (และในการออกแบบขั้นสุดท้าย มวลของ ISS วางแผนที่จะยิ่งใหญ่กว่านี้) ; ปริมาณการขนส่งสินค้าเข้าสู่วงโคจรประจำปีทั้งหมด (1,900 ตัน) น้อยกว่าที่วางแผนไว้สำหรับรายการมาตรฐาน (การสื่อสารอวกาศ การแพร่ภาพโทรทัศน์ ฯลฯ) องค์ประกอบส่วนใหญ่ของโรงงานฮีเลียม-ไฮโดรเจนในวงโคจรดังกล่าวมีอยู่แล้วในปัจจุบันและประสบความสำเร็จในอุตสาหกรรมไครโอเจนิกส์” ผู้เขียนกล่าวว่าถึงแม้จะมีการพัฒนาทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน โครงการดังกล่าวก็ยังสามารถสร้างผลกำไรได้ในเชิงเศรษฐกิจ: “ราคาขายไฟฟ้าในโลกอยู่ระหว่าง 5 ถึง 10 เซนต์ต่อกิโลวัตต์ h. จากการคำนวณอย่างง่ายเห็นได้ชัดว่าการส่งมอบฮีเลียม-3 จากดาวยูเรนัสจะยังคงทำกำไรได้แม้จะอยู่ที่ราคา 1 ตันถึง 10 พันล้านดอลลาร์ก็ตาม ราคาของการนำโรงงานดังกล่าวขึ้นสู่วงโคจรคือ 10 ล้านเหรียญสหรัฐต่อตัน (อย่างไรก็ตาม นี่คือราคาทองคำในปัจจุบัน) และในอนาคตอันใกล้นี้ ยานพาหนะที่ใช้ส่งซ้ำได้จะลดราคานี้ลงเหลือ 1 ล้านเหรียญสหรัฐต่อตันของสินค้าที่เปิดตัว ”

กลายเป็นเรื่องปกติที่จะกล่าวว่าอุตสาหกรรมที่เน้นความรู้ (นิวเคลียร์ อวกาศ ฯลฯ) เป็นตัวขับเคลื่อนเศรษฐกิจ กรณีที่มีฮีเลียม-3 ก็เป็นกรณีเดียวกัน วิธีนี้จะแก้ได้ ปัญหาพลังงานเป็นเวลานานพอสมควรหากมีโอกาสที่จะหาเงินทุนสำหรับการนำไปใช้ก็อาจกลายเป็นโอกาสสำหรับความก้าวหน้าในอุตสาหกรรมที่เน้นวิทยาศาสตร์ของรัสเซีย: ทั้งด้านอวกาศศาสตร์ (ซึ่งเป็นหัวข้อสำหรับการอภิปรายแยกต่างหาก) และเทคโนโลยีแสนสาหัส
ในขณะนี้ มีสองทิศทางหลักในการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัส: tokamaks และเลเซอร์ฟิวชั่น ตัวเลือกแรกเหล่านี้กำลังถูกนำไปใช้ในโครงการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสทดลองระดับนานาชาติของ ITER เครื่องปฏิกรณ์นี้ได้รับการออกแบบตามการออกแบบ "tokamak" (ซึ่งย่อมาจากวลี "ห้อง TORIDAL พร้อมขดลวดแม่เหล็ก") หลักการทำงานของ tokamak มีดังนี้: พลาสมาจับตัวเป็นก้อน ไฟฟ้าและในเวลาเดียวกันก็เหมือนกับกระแสอื่น ๆ ก็มีสนามแม่เหล็กของตัวเอง - พลาสมาก้อนก็กลายเป็นแม่เหล็กเช่นกัน จากนั้นด้วยการใช้สนามแม่เหล็กภายนอกที่มีการกำหนดค่าบางอย่าง เมฆพลาสมาจึงถูกแขวนไว้ตรงกลางห้อง โดยไม่ให้มันสัมผัสกับผนัง ในก๊าซจะมีไอออนและอิเล็กตรอนอิสระอยู่เสมอ ซึ่งเริ่มเคลื่อนที่เป็นวงกลมในห้อง กระแสนี้จะทำให้แก๊สร้อนขึ้น จำนวนอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกันความแรงของกระแสก็เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิพลาสมาก็สูงขึ้น ซึ่งหมายความว่าจำนวนนิวเคลียสของไฮโดรเจนที่รวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียมและพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตามการทดลองที่เริ่มขึ้นเมื่อเกือบห้าสิบปีที่แล้วที่สถาบันพลังงานปรมาณูแห่งมอสโกแสดงให้เห็นว่าพลาสมาที่แขวนลอยอยู่ในสนามแม่เหล็กกลับกลายเป็นว่าไม่เสถียร - พลาสมาก้อนนั้น "สลายตัว" อย่างรวดเร็วมากและตกลงไปบนผนังห้อง ปรากฎว่าการรวมกันของกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนจำนวนหนึ่งทำให้เกิดความไม่มั่นคง นอกจากนี้ ปรากฎว่าเวลาของการกักขังพลาสมาคงที่จะเพิ่มขึ้นตามขนาดของการติดตั้งที่เพิ่มขึ้น เครื่องจักรในประเทศที่ใหญ่ที่สุด TOKAMAK-15 มีห้องสุญญากาศแบบวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก "โดนัท" มากกว่าห้าเมตรอยู่แล้ว tokamaks การวิจัยขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส และอังกฤษ และไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้เชี่ยวชาญได้ข้อสรุปว่าปัญหาที่เหลือที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขนั้นจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบในโรงงานที่ใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสกำลังจริงมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ความเข้าใจนี้นำไปสู่การสร้าง ITER ตัวเลือกสำหรับการดำเนินการปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมนี้แตกต่างจากการติดตั้งและวิธีการอื่นๆ ทั้งหมดตรงที่ส่วนใหญ่ได้ละทิ้งขอบเขตแห่งความสงสัยและการค้นหาไปแล้ว ด้วยฐานข้อมูลที่กว้างขวางของข้อมูลทางกายภาพและทางวิศวกรรมที่สะสมมาตลอดห้าสิบปีของการวิจัย เขาจึงเข้าใกล้ขั้นของเครื่องปฏิกรณ์ทดลองแล้ว เห็นได้ชัดว่านี่เป็นแรงบันดาลใจให้ประชาคมระหว่างประเทศสร้าง ITER - นักวิทยาศาสตร์ก็ตัดสินใจเช่นนั้น ประเทศที่ร่ำรวยการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสเพียงอย่างเดียวไม่มีประโยชน์ - ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นความรู้และประสบการณ์ที่จะยังคงกลายเป็นทรัพย์สินส่วนรวมและจะไม่มีส่วนช่วยอะไรต่อเศรษฐกิจของประเทศในทันที ในเวลาเดียวกัน ด้วยการผนึกกำลัง คุณสามารถเร่งความก้าวหน้าไปสู่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสที่ทำงานของคุณได้อย่างมาก และลดต้นทุนของคุณเอง ดังนั้นในปี 1992 จึงมีการลงนามข้อตกลงเกี่ยวกับการออกแบบทางเทคนิคร่วมกันของเครื่องปฏิกรณ์ ITER ภายใต้การอุปถัมภ์ของ IAEA และการออกแบบแนวความคิดตามความคิดริเริ่มของประเทศของเราเริ่มต้นขึ้นเมื่อสี่ปีก่อน ทีมออกแบบของ ITER ประกอบด้วยผู้เชี่ยวชาญจากสหภาพยุโรป รัสเซีย สหรัฐอเมริกา และญี่ปุ่น
อีกทิศทางหนึ่งในเส้นทางสู่ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมคือเลเซอร์ฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์ (LTF) ประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเป้าหมายของ "วัตถุดิบ" สำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ได้รับการฉายรังสีจากทุกด้านด้วยลำแสงเลเซอร์ และด้วยเหตุนี้จึงมีการสร้างเงื่อนไขที่เพียงพอสำหรับการดำเนินการของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ปัญหาอยู่ที่ว่าจะดำเนินการอย่างไรในทางเทคนิค งานวิทยานิพนธ์ของฉันประกอบด้วยการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของปรากฏการณ์การสั่นพ้องแสงในเป้าหมายทรงกลมภายใต้การฉายรังสีด้วยเลเซอร์ การคำนวณแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะบางประการ ความเข้มข้นของพลังงานเกิดขึ้นในเป้าหมายเชิงแสง ซึ่งอาจเกิดสภาวะที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ได้

รัฐที่เชี่ยวชาญในเทคโนโลยีฟิวชั่นแสนสาหัสก่อนผู้อื่นจะได้รับข้อได้เปรียบอย่างมหาศาลเหนือผู้อื่น เพื่อไม่ให้รัสเซียอยู่บนขอบของอารยธรรมและมีส่วนร่วมในการพัฒนาโครงการเหล่านี้ จำเป็นต้องมีเจตจำนงทางการเมืองของผู้นำของรัฐ เช่นเดียวกับโครงการนิวเคลียร์และอวกาศของโซเวียตในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 .

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยของกลุ่มที่ 18 ของตารางธาตุ เป็นธาตุที่เบาเป็นอันดับสองรองจากไฮโดรเจน ฮีเลียมเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และรสจืด และกลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -268.9 °C มีจุดเดือดและจุดเยือกแข็งต่ำกว่าจุดเดือดของสารอื่นๆ นี่เป็นองค์ประกอบเดียวที่ไม่แข็งตัวเมื่อระบายความร้อนภายใต้สภาวะปกติ ความดันบรรยากาศ. เพื่อให้ฮีเลียมกลายเป็นสถานะของแข็ง ต้องใช้บรรยากาศ 25 บรรยากาศที่อุณหภูมิ 1 เคลวิน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

ฮีเลียมถูกค้นพบในบรรยากาศก๊าซรอบๆ ดวงอาทิตย์โดยนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ แจนเซน ซึ่งในปี พ.ศ. 2411 ระหว่างคราส ได้ค้นพบเส้นสีเหลืองสดใสในสเปกตรัมของโครโมสเฟียร์สุริยะ เดิมทีคิดว่าบรรทัดนี้เป็นตัวแทนของธาตุโซเดียม ในปีเดียวกันนั้นเอง นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ โจเซฟ นอร์แมน ล็อคเยอร์ สังเกตเห็นเส้นสีเหลืองในสเปกตรัมแสงอาทิตย์ซึ่งไม่ตรงกับเส้นโซเดียม D 1 และ D 2 ที่รู้จัก ดังนั้นเขาจึงเรียกมันว่าเส้น D 3 ล็อกเยอร์สรุปว่ามันเกิดจากสสารในดวงอาทิตย์ซึ่งไม่รู้จักบนโลก เขาและนักเคมี เอ็ดเวิร์ด แฟรงแลนด์ ใช้ชื่อดวงอาทิตย์ในภาษากรีกว่า เฮลิโอ เพื่อตั้งชื่อธาตุ

ในปี พ.ศ. 2438 เซอร์วิลเลียม แรมซีย์ นักเคมีชาวอังกฤษได้พิสูจน์ว่ามีฮีเลียมบนโลก เขาได้ตัวอย่างแร่เคลวีต์ที่มียูเรเนียมเป็นองค์ประกอบ และหลังจากตรวจสอบก๊าซที่เกิดจากการให้ความร้อน เขาก็พบว่าเส้นสีเหลืองสดใสในสเปกตรัมนั้นใกล้เคียงกับเส้น D 3 ที่พบในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ ในที่สุดองค์ประกอบใหม่ก็ได้รับการติดตั้ง ในปี 1903 Ramsay และ Frederic Soddu ระบุว่าฮีเลียมเป็นผลมาจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นเอง

การกระจายตัวในธรรมชาติ

มวลฮีเลียมคิดเป็นประมาณ 23% ของมวลรวมของจักรวาล และธาตุนี้เป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองในอวกาศ มีความเข้มข้นในดาวฤกษ์ซึ่งก่อตัวจากไฮโดรเจนอันเป็นผลจากการหลอมนิวเคลียร์แสนสาหัส แม้ว่าฮีเลียมจะพบได้ในชั้นบรรยากาศของโลกที่ความเข้มข้น 1 ส่วนใน 200,000 (5 ppm) และพบได้ในปริมาณเล็กน้อยในแร่ธาตุกัมมันตภาพรังสี เหล็กอุกกาบาต และน้ำพุแร่ แต่ธาตุดังกล่าวในปริมาณมากก็พบได้ในสหรัฐอเมริกา ( โดยเฉพาะในเท็กซัส นิวเม็กซิโก แคนซัส โอคลาโฮมา แอริโซนา และยูทาห์) ซึ่งเป็นส่วนประกอบ (มากถึง 7.6%) ของก๊าซธรรมชาติ มีการค้นพบปริมาณสำรองขนาดเล็กในออสเตรเลีย แอลจีเรีย โปแลนด์ กาตาร์ และรัสเซีย ใน เปลือกโลกความเข้มข้นของฮีเลียมมีเพียงประมาณ 8 ส่วนในพันล้านส่วน

ไอโซโทป

นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมแต่ละอะตอมประกอบด้วยโปรตอนสองตัว แต่ก็มีไอโซโทปเช่นเดียวกับองค์ประกอบอื่นๆ ประกอบด้วยนิวตรอนตั้งแต่ 1 ถึง 6 นิวตรอน ดังนั้นเลขมวลของพวกมันจึงมีตั้งแต่ 3 ถึง 8 นิวตรอน องค์ประกอบที่เสถียรคือองค์ประกอบที่มวลของฮีเลียมถูกกำหนดโดยเลขอะตอม 3 (3 He) และ 4 (4 He) ส่วนที่เหลือทั้งหมดมีกัมมันตภาพรังสีและสลายตัวไปเป็นสารอื่นอย่างรวดเร็ว ฮีเลียมภาคพื้นดินไม่ใช่องค์ประกอบดั้งเดิมของโลก แต่ก่อตัวขึ้นจากการสลายกัมมันตภาพรังสี อนุภาคอัลฟ่าที่ปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของสารกัมมันตภาพรังสีหนักคือนิวเคลียสของไอโซโทป 4 He ฮีเลียมไม่สะสมในชั้นบรรยากาศในปริมาณมาก เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกไม่แรงพอที่จะป้องกันไม่ให้ค่อยๆ รั่วไหลออกสู่อวกาศ ร่องรอยของ 3 He บนโลกอธิบายได้จากการสลายตัวของเบต้าเชิงลบของธาตุหายากไฮโดรเจน-3 (ไอโซโทป) 4 เขาเป็นไอโซโทปเสถียรที่มีมากที่สุด: อัตราส่วนของอะตอม 4 He ต่อ 3 He มีค่าประมาณ 700,000 ต่อ 1 ในชั้นบรรยากาศ และประมาณ 7 ล้านต่อ 1 ในแร่ธาตุที่มีฮีเลียมบางชนิด

คุณสมบัติทางกายภาพของฮีเลียม

องค์ประกอบนี้มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำที่สุด ด้วยเหตุนี้จึงมีฮีเลียมอยู่ยกเว้น สภาวะที่รุนแรง. ก๊าซละลายในน้ำน้อยกว่าก๊าซอื่นๆ และมีอัตราการแพร่ผ่าน ของแข็งมากกว่าอากาศถึงสามเท่า ดัชนีการหักเหของมันใกล้กับ 1 มากที่สุด

ค่าการนำความร้อนของฮีเลียมเป็นอันดับสองรองจากไฮโดรเจนเท่านั้น และความจุความร้อนจำเพาะของฮีเลียมก็สูงผิดปกติ ที่อุณหภูมิปกติจะร้อนขึ้นเมื่อขยายตัว และต่ำกว่า 40 K จะเย็นลง ดังนั้นที่ T<40 K гелий можно превратить в жидкость путем расширения.

องค์ประกอบจะเป็นอิเล็กทริกเว้นแต่จะอยู่ในสถานะแตกตัวเป็นไอออน เช่นเดียวกับก๊าซมีตระกูลอื่นๆ ฮีเลียมมีระดับพลังงานที่สามารถแพร่กระจายได้ซึ่งทำให้ฮีเลียมยังคงแตกตัวเป็นไอออนในการปล่อยประจุไฟฟ้าเมื่อแรงดันไฟฟ้ายังต่ำกว่าศักย์ไอออไนเซชัน

ฮีเลียม-4 มีลักษณะพิเศษตรงที่มีรูปแบบของเหลวสองรูปแบบ โดยทั่วไปเรียกว่าฮีเลียม I และมีอยู่ที่อุณหภูมิตั้งแต่จุดเดือด 4.21 K (-268.9 °C) ถึงประมาณ 2.18 K (-271 °C) ต่ำกว่า 2.18 K ค่าการนำความร้อน 4 He จะมากกว่าทองแดง 1,000 เท่า แบบฟอร์มนี้เรียกว่าฮีเลียม II เพื่อแยกความแตกต่างจากแบบฟอร์มปกติ มันเป็นของเหลวยิ่งยวด: ความหนืดต่ำมากจนไม่สามารถวัดได้ Helium II แพร่กระจายเป็นแผ่นฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวของสารใดๆ ที่สัมผัส และฟิล์มนี้จะไหลโดยไม่มีการเสียดสี แม้จะต้านแรงโน้มถ่วงก็ตาม

ฮีเลียม-3 ที่มีปริมาณน้อยกว่าจะก่อให้เกิดเฟสของเหลวที่แตกต่างกันสามเฟส โดยสองเฟสนั้นเป็นของเหลวยิ่งยวด ภาวะของเหลวยิ่งยวดใน 4 เขาถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียตในช่วงกลางทศวรรษ 1930 และปรากฏการณ์เดียวกันใน 3 เขาถูกสังเกตเห็นครั้งแรกโดย Douglas D. Osheroff, David M. Lee และ Robert S. Richardson แห่งสหรัฐอเมริกาในปี 1972

ส่วนผสมของเหลวของฮีเลียม-3 และ -4 สองไอโซโทปที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0.8 K (-272.4 °C) แบ่งออกเป็นสองชั้น - 3 He เกือบบริสุทธิ์ และของผสม 4 He กับฮีเลียม-3 6% การละลายของ 3 He เป็น 4 He จะมาพร้อมกับเอฟเฟกต์การทำความเย็น ซึ่งใช้ในการออกแบบเครื่องแช่แข็งที่อุณหภูมิของฮีเลียมลดลงต่ำกว่า 0.01 K (-273.14 °C) และคงไว้ที่นั่นเป็นเวลาหลายวัน

การเชื่อมต่อ

ภายใต้สภาวะปกติ ฮีเลียมจะเฉื่อยทางเคมี ในกรณีที่ร้ายแรง สามารถสร้างสารประกอบองค์ประกอบที่ไม่เสถียรที่อุณหภูมิและความดันปกติได้ ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมสามารถก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีไอโอดีน ทังสเตน ฟลูออรีน ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์ เมื่อสัมผัสกับการปล่อยแสงด้วยไฟฟ้าโดยการระดมยิงด้วยอิเล็กตรอนหรือในสถานะพลาสมา ดังนั้น HeNe, HgHe 10, WHe 2 และไอออนโมเลกุล He 2 +, He 2 ++, HeH + และ HeD + จึงถูกสร้างขึ้น เทคนิคนี้ยังทำให้ได้โมเลกุล He 2 และ HgHe ที่เป็นกลางอีกด้วย

พลาสมา

ฮีเลียมที่แตกตัวเป็นไอออนมีการกระจายเป็นส่วนใหญ่ในจักรวาล ซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างอย่างมากจากฮีเลียมโมเลกุล อิเล็กตรอนและโปรตอนไม่ถูกผูกมัด และมีค่าการนำไฟฟ้าสูงมากแม้จะอยู่ในสถานะแตกตัวเป็นไอออนบางส่วนก็ตาม อนุภาคที่มีประจุได้รับผลกระทบอย่างมากจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในลมสุริยะ ไอออนฮีเลียมพร้อมกับไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนจะมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของโลก ทำให้เกิดแสงเหนือ

การค้นพบเงินฝากในสหรัฐอเมริกา

หลังจากเจาะบ่อน้ำในเมืองเด็กซ์เตอร์ รัฐแคนซัส ในปี พ.ศ. 2446 ก็ได้ก๊าซที่ไม่ติดไฟมา ในตอนแรกไม่ทราบว่ามีฮีเลียมอยู่ ก๊าซชนิดใดที่พบถูกกำหนดโดยนักธรณีวิทยา Erasmus Haworth ผู้เก็บตัวอย่างและที่มหาวิทยาลัยแคนซัสด้วยความช่วยเหลือของนักเคมี Cady Hamilton และ David McFarland พบว่ามีไนโตรเจน 72% มีเทน 15% 1 ไม่ได้ระบุเปอร์เซ็นต์ไฮโดรเจนและ 12% หลังจากการวิเคราะห์เพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์พบว่า 1.84% ของกลุ่มตัวอย่างเป็นฮีเลียม นี่เป็นวิธีที่พวกเขาเรียนรู้ว่าองค์ประกอบทางเคมีนี้มีอยู่ในปริมาณมหาศาลในส่วนลึกของ Great Plains ซึ่งสามารถสกัดได้จากก๊าซธรรมชาติ

การผลิตภาคอุตสาหกรรม

สิ่งนี้ทำให้สหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำในการผลิตฮีเลียมของโลก ตามคำแนะนำของเซอร์ริชาร์ด เธรลฟอล กองทัพเรือสหรัฐฯ ได้ให้ทุนแก่โรงงานทดลองขนาดเล็กสามแห่งเพื่อผลิตสารนี้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง โดยมีเป้าหมายเพื่อจัดหาบอลลูนกั้นน้ำที่มีก๊าซยกน้ำหนักเบาและไม่ติดไฟ โปรแกรมนี้ผลิตก๊าซได้ทั้งหมด 5,700 ลบ.ม. จาก 92 เปอร์เซ็นต์ He แม้ว่าก่อนหน้านี้จะผลิตก๊าซได้ไม่ถึง 100 ลิตรก็ตาม ปริมาตรนี้บางส่วนถูกใช้ในเรือเหาะฮีเลียมลำแรกของโลก นั่นคือ C-7 ซึ่งเดินทางครั้งแรกจากแฮมป์ตันโรดส์ไปยังบอลลิงฟิลด์เมื่อวันที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2464

แม้ว่ากระบวนการทำให้ก๊าซเหลวที่อุณหภูมิต่ำยังไม่ได้รับการพัฒนาเพียงพอที่จะพิสูจน์ว่ามีนัยสำคัญในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 แต่การผลิตยังคงดำเนินต่อไป ฮีเลียมถูกใช้เป็นแก๊สยกในเครื่องบินเป็นหลัก ความต้องการมันเพิ่มขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเมื่อใช้ในการเชื่อมอาร์กที่มีฉนวนหุ้ม องค์ประกอบนี้ยังมีความสำคัญในโครงการระเบิดปรมาณูในแมนฮัตตัน

คลังเก็บของแห่งชาติสหรัฐฯ

ในปี 1925 รัฐบาลสหรัฐฯ ได้จัดตั้งเขตสงวนฮีเลียมแห่งชาติในเมืองอามาริลโล รัฐเท็กซัส เพื่อจัดหาเรือเหาะของทหารในช่วงสงครามและเรือบินเชิงพาณิชย์ในช่วงเวลาสงบ การใช้ก๊าซลดลงหลังสงครามโลกครั้งที่สอง แต่อุปทานเพิ่มขึ้นในทศวรรษ 1950 เพื่อจัดหาสารหล่อเย็นที่ใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงจรวดออกซีไฮโดรเจนในระหว่างการแข่งขันในอวกาศและสงครามเย็น เหนือสิ่งอื่นใด การใช้ฮีเลียมของสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2508 เป็นแปดเท่าของการบริโภคสูงสุดในช่วงสงคราม

หลังจากการผ่านพระราชบัญญัติฮีเลียมปี 1960 สำนักเหมืองแร่ได้ว่าจ้างองค์กรเอกชน 5 แห่งให้สกัดธาตุดังกล่าวจากก๊าซธรรมชาติ สำหรับโครงการนี้ ท่อส่งก๊าซธรรมชาติความยาว 425 กิโลเมตรถูกสร้างขึ้นเพื่อเชื่อมต่อโรงงานเหล่านี้กับแหล่งก๊าซธรรมชาติที่รัฐบาลเป็นเจ้าของใกล้กับเมืองอามาริลโล รัฐเท็กซัส ส่วนผสมฮีเลียม-ไนโตรเจนถูกปั๊มเข้าไปในสถานที่จัดเก็บใต้ดินและคงอยู่ที่นั่นจนกว่าจะมีความจำเป็น

ภายในปี 1995 มีการรวบรวมเงินสำรองได้หนึ่งพันล้านลูกบาศก์เมตร และธนาคารกลางแห่งชาติมีหนี้อยู่ 1.4 พันล้านดอลลาร์ ส่งผลให้รัฐสภาสหรัฐฯ เลิกใช้เงินสำรองในปี 1996 หลังจากที่มีการผ่านกฎหมายแปรรูปฮีเลียมในปี 1996 กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติก็เริ่มรื้อสถานที่จัดเก็บในปี 2005

ความบริสุทธิ์และปริมาณการผลิต

ฮีเลียมที่ผลิตก่อนปี พ.ศ. 2488 มีความบริสุทธิ์ประมาณ 98% ส่วนที่เหลืออีก 2% เป็นไนโตรเจน ซึ่งเพียงพอสำหรับเรือบิน ในปี พ.ศ. 2488 มีการผลิตก๊าซ 99.9 เปอร์เซ็นต์จำนวนเล็กน้อยเพื่อใช้ในการเชื่อมอาร์ก ในปี 1949 ความบริสุทธิ์ขององค์ประกอบที่ได้นั้นสูงถึง 99.995%

หลายปีที่ผ่านมา สหรัฐอเมริกาผลิตฮีเลียมเชิงพาณิชย์มากกว่า 90% ของโลก ตั้งแต่ปี 2547 มีการผลิต 140 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี 85% มาจากสหรัฐอเมริกา 10% ผลิตในแอลจีเรียและส่วนที่เหลือในรัสเซียและโปแลนด์ แหล่งที่มาหลักของฮีเลียมในโลกคือแหล่งก๊าซในเท็กซัส โอคลาโฮมา และแคนซัส

ขั้นตอนการรับ

ฮีเลียม (บริสุทธิ์ 98.2%) ถูกแยกออกจากก๊าซธรรมชาติโดยการทำให้ส่วนประกอบอื่นๆ กลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำและแรงดันสูง การดูดซับก๊าซอื่นๆ ด้วยถ่านกัมมันต์ที่ทำให้เย็นลงทำให้มีความบริสุทธิ์ถึง 99.995% ฮีเลียมจำนวนเล็กน้อยผลิตโดยการทำให้อากาศกลายเป็นของเหลวในปริมาณมาก จากอากาศ 900 ตันคุณจะได้ประมาณ 3.17 ลูกบาศก์เมตร เมตรของก๊าซ

พื้นที่ใช้งาน

โนเบิลแก๊สพบการใช้งานในด้านต่างๆ

• ฮีเลียมซึ่งมีคุณสมบัติทำให้สามารถรับอุณหภูมิต่ำมากได้ ถูกใช้เป็นสารทำความเย็นใน Large Hadron Collider แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดในเครื่อง MRI และสเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ อุปกรณ์ดาวเทียม ตลอดจนสำหรับออกซิเจนและไฮโดรเจนเหลวใน Apollo จรวด
• เป็นก๊าซเฉื่อยสำหรับการเชื่อมอลูมิเนียมและโลหะอื่นๆ ในการผลิตเส้นใยนำแสงและเซมิคอนดักเตอร์
• เพื่อสร้างแรงกดดันในถังเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์จรวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนเหลว เนื่องจากมีเพียงฮีเลียมที่เป็นก๊าซเท่านั้นที่คงสถานะการรวมกลุ่มไว้เมื่อไฮโดรเจนยังคงเป็นของเหลว)
• He-Ne ใช้ในการสแกนบาร์โค้ดที่เคาน์เตอร์ชำระเงินของซุปเปอร์มาร์เก็ต
• กล้องจุลทรรศน์ฮีเลียมไอออนให้ภาพที่ดีกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
• เนื่องจากมีความสามารถในการซึมผ่านสูง จึงมีการใช้ก๊าซมีตระกูลเพื่อตรวจสอบรอยรั่ว เช่น ในระบบปรับอากาศในรถยนต์ และเพื่อขยายถุงลมนิรภัยอย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดการชนกัน
• ความหนาแน่นต่ำทำให้คุณสามารถเติมฮีเลียมลูกโป่งตกแต่งได้ ก๊าซเฉื่อยเข้ามาแทนที่ไฮโดรเจนที่ระเบิดได้ในเรือบินและบอลลูน ตัวอย่างเช่น ในอุตุนิยมวิทยา มีการใช้บอลลูนฮีเลียมในการยกเครื่องมือวัด
• ในเทคโนโลยีไครโอเจนิกส์จะทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็น เนื่องจากอุณหภูมิขององค์ประกอบทางเคมีนี้ในสถานะของเหลวต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
• ฮีเลียมซึ่งมีคุณสมบัติทำให้เกิดปฏิกิริยาและการละลายในน้ำ (และเลือด) ผสมกับออกซิเจนต่ำ พบว่ามีการใช้องค์ประกอบการหายใจสำหรับการดำน้ำลึกและการทำงานของกระสุนปืน
• อุกกาบาตและหินได้รับการวิเคราะห์เพื่อหาเนื้อหาขององค์ประกอบนี้เพื่อกำหนดอายุ

ฮีเลียม: คุณสมบัติขององค์ประกอบ

คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของเขามีดังนี้:

• เลขอะตอม: 2.
• มวลสัมพัทธ์ของอะตอมฮีเลียม: 4.0026
• จุดหลอมเหลว: ไม่
• จุดเดือด: -268.9 °C.
• ความหนาแน่น (1 atm, 0 °C): 0.1785 g/p.
• สถานะออกซิเดชัน: 0

ฮีเลียม 3 – พลังงานแห่งอนาคต

เราทุกคนรู้ดีว่าน้ำมันของเราไม่มีสิ้นสุด และการวิจัยยังได้พิสูจน์ถึงแหล่งกำเนิดออร์แกนิกด้วย ซึ่งหมายความว่าน้ำมันเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ น้ำมันเป็นของเหลวมันไวไฟซึ่งเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนสีน้ำตาลแดงบางครั้งเกือบดำแม้จะพบน้ำมันสีเหลืองสีเขียวเล็กน้อยหรือแม้แต่ไม่มีสีก็ตามมีกลิ่นเฉพาะและแพร่หลายในเปลือกตะกอนของ โลก; แร่ธาตุที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่ง น้ำมันเป็นส่วนผสมของสารต่างๆ ประมาณ 1,000 ชนิด ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรคาร์บอนเหลว น้ำมันครองตำแหน่งผู้นำในสมดุลเชื้อเพลิงและพลังงานทั่วโลก: ส่วนแบ่งในการใช้พลังงานทั้งหมดคือ 48% นี่คือเหตุผลว่าทำไมน้ำมันในฐานะแหล่งพลังงานจึงมีความสำคัญต่อมนุษยชาติ

ในขณะนี้ แหล่งพลังงานหลัก ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงไฟฟ้าพลังความร้อน และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

กราฟแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเฉพาะโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียนเป็นเชื้อเพลิง เช่น น้ำมัน (เชื้อเพลิงทุกประเภทที่ได้จากน้ำมัน) ถ่านหิน และก๊าซเท่านั้นที่สามารถครองตำแหน่งผู้นำได้

โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีเพียง 20% และแม้ว่าโลกจะเริ่มใช้แม่น้ำจำนวนสูงสุดสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ พลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั้งหมดจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการของมนุษยชาติได้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คิดเป็นสัดส่วนเพียง 17% ของการผลิตพลังงานทั่วโลก การใช้ปฏิกิริยาฟิชชันของอะตอมก่อให้เกิดผลกระทบร้ายแรงในรูปของรังสี

ปัจจุบันมีการใช้ก๊าซ ถ่านหิน พีท และพลังงานฟิชชันของอะตอม (พลังงานนิวเคลียร์) เป็นวัตถุดิบทดแทน แต่เราเข้าใจดีว่าไม่สามารถทดแทนน้ำมันเป็นวัตถุดิบในการผลิตพลังงานได้อย่างสมบูรณ์ และปริมาณสำรองของก๊าซธรรมชาติชนิดเดียวกันนั้นไม่มีที่สิ้นสุด การใช้วัตถุดิบทางเลือกเหล่านี้จะช่วยชะลอวิกฤตพลังงานเท่านั้น

นักวิทยาศาสตร์ตระหนักดีถึงปัญหาที่กำลังใกล้เข้ามา และกำลังสร้างและศึกษาแหล่งพลังงานทดแทน ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานในโครงการที่เกี่ยวข้องกับการใช้:

ก๊าซชีวภาพ

เชื้อเพลิงไบโอดีเซล

ไบโอเอธานอล

พลังงานลม

พลังงานไฮโดรเจน

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานความร้อนนิวเคลียร์ (ขึ้นอยู่กับการใช้ฮีเลียม 3)

ส่วนสำคัญ

ลองมาดูทางเลือกแต่ละทางแยกกัน

2.1.ก๊าซชีวภาพ

ไบโอมีเทนเป็นก๊าซที่ได้จากการหมักขยะอินทรีย์ (ก๊าซชีวภาพ) พื้นที่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้ก๊าซชีวภาพคือการให้ความร้อนแก่ฟาร์มปศุสัตว์ อาคารพักอาศัย และพื้นที่เทคโนโลยี ก๊าซชีวภาพสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ได้ เชื้อเพลิงส่วนเกินที่ได้รับสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล

ไบโอมีเทนมีความเข้มข้นของพลังงานเชิงปริมาตรต่ำ ภายใต้สภาวะปกติค่าความร้อนคือ 1 ลิตร ไบโอมีเทนคือ 33 - 36 กิโลจูล

ไบโอมีเทนมีความต้านทานการระเบิดสูง ซึ่งทำให้สามารถลดความเข้มข้นของสารอันตรายในก๊าซไอเสียและลดปริมาณคราบสะสมในเครื่องยนต์ได้

ไบโอมีเทนเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ควรใช้ในเครื่องยนต์ขนส่งไม่ว่าจะอยู่ในสถานะอัดหรือเป็นของเหลว อย่างไรก็ตาม ปัจจัยจำกัดหลักในการใช้ไบโอมีเทนอัดเป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์อย่างกว้างขวาง เช่น ในกรณีของก๊าซธรรมชาติอัด คือการขนส่งถังเชื้อเพลิงจำนวนมาก

ในต่างประเทศ มีการให้ความสนใจอย่างมากต่อปัญหาการได้มาและการใช้ก๊าซชีวภาพ ในช่วงเวลาสั้น ๆ อุตสาหกรรมการผลิตก๊าซชีวภาพทั้งหมดเกิดขึ้นในหลายประเทศทั่วโลก: หากในปี 1980 มีการติดตั้งเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพประมาณ 8 ล้านแห่งในโลกด้วยกำลังการผลิตรวม 1.7-2 พันล้านลูกบาศก์เมตร เมตรต่อปี ดังนั้น ปัจจุบันตัวชี้วัดเหล่านี้สอดคล้องกับผลผลิตก๊าซชีวภาพของประเทศเดียวเท่านั้นคือจีน

ข้อดีของก๊าซชีวภาพ ได้แก่ :

การผลิตพลังงานโดยไม่มีการปล่อย CO 2 เพิ่มเติม

ระบบปิดไม่หรือยอมให้กลิ่นผ่านได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

สถานการณ์การค้าดีขึ้นและลดการพึ่งพาผู้นำเข้าพลังงาน

สามารถผลิตไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพได้ตลอด 24 ชั่วโมง

ไม่ต้องพึ่งลม/น้ำ/ไฟฟ้า

ปรับปรุงการปฏิสนธิของดิน

2.2 ไบโอดีเซล

ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงจากไขมันพืชหรือสัตว์ (น้ำมัน) รวมถึงผลิตภัณฑ์เอสเทอริฟิเคชัน มันถูกใช้ในยานพาหนะในรูปแบบของส่วนผสมต่างๆกับน้ำมันดีเซล

ด้านสิ่งแวดล้อมของการใช้งาน:

ดังการทดลองแสดงให้เห็นว่าไบโอดีเซลไม่เป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์เมื่อปล่อยลงน้ำ นอกจากนี้ ยังผ่านการสลายตัวทางชีวภาพเกือบทั้งหมด: ในดินหรือน้ำ จุลินทรีย์จะประมวลผลไบโอดีเซล 99% ใน 28 วัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถลดมลพิษในแม่น้ำและทะเลสาบให้เหลือน้อยที่สุด

ประโยชน์ของไบโอดีเซล ได้แก่ :

เพิ่มจำนวนซีเทนและการหล่อลื่นซึ่งช่วยยืดอายุเครื่องยนต์

การลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เป็นอันตราย (รวมถึง CO, CO2, SO2, อนุภาคละเอียดและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย)

อำนวยความสะดวกในการทำความสะอาดหัวฉีด ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง และช่องจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง

ข้อบกพร่อง

ในฤดูหนาวจำเป็นต้องให้ความร้อนน้ำมันเชื้อเพลิงที่มาจากถังน้ำมันเชื้อเพลิงไปยังปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง หรือใช้ส่วนผสมของน้ำมันไบโอดีเซล 20% และน้ำมันดีเซล 80%

2.3.ไบโอเอธานอล

ไบโอเอธานอลเป็นเชื้อเพลิงแอลกอฮอล์เหลวซึ่งมีไอระเหยหนักกว่าอากาศ ผลิตจากผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรที่มีแป้งหรือน้ำตาล เช่น ข้าวโพด ธัญพืช หรืออ้อย เชื้อเพลิงเอธานอลไม่มีน้ำและผลิตโดยการกลั่นแบบสั้นลง (คอลัมน์การกลั่น 2 คอลัมน์แทนที่จะเป็น 5 คอลัมน์) ต่างจากแอลกอฮอล์ที่ใช้ในการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ดังนั้นจึงประกอบด้วยเมธานอลและน้ำมันฟิวเซล เช่นเดียวกับน้ำมันเบนซิน ซึ่งทำให้ดื่มไม่ได้

เชื้อเพลิงเอทานอลผลิตได้ในลักษณะเดียวกับแอลกอฮอล์เกรดอาหารทั่วไปสำหรับการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ แต่มีความแตกต่างที่สำคัญบางประการ

เอทานอลสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่มีน้ำตาลและแป้ง เช่น อ้อยและหัวบีท มันฝรั่ง อาร์ติโชคเยรูซาเลม ข้าวโพด ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ ข้าวไรย์ ฯลฯ

ข้อดีของไบโอเอธานอล ได้แก่ :

เอทานอลมีค่าออกเทนสูง

ไบโอเอทานอลสามารถย่อยสลายได้และไม่ก่อให้เกิดมลพิษตามธรรมชาติ

ระบบน้ำ

เอทานอล 10% ในน้ำมันเบนซินช่วยลดความเป็นพิษจากไอเสีย

ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลง 26% การปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์

5% อนุภาคละอองลอย 40%

เอทานอลเป็นสิ่งเดียวที่สามารถหมุนเวียนได้

เชื้อเพลิงเหลวซึ่งใช้ได้แก่

เนื่องจากสารเติมแต่งสำหรับน้ำมันเบนซินไม่จำเป็นต้องมีการดัดแปลง

การออกแบบเครื่องยนต์

ไม่มีข้อบกพร่องที่เด่นชัดโดยเฉพาะ

2.4. พลังงานลม

พลังงานลมเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่ได้รับการควบคุม ผลผลิตของฟาร์มกังหันลมขึ้นอยู่กับความแรงของลม ซึ่งเป็นปัจจัยที่มีความแปรผันสูง ส่งผลให้การส่งออกไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดลมไปยังระบบไฟฟ้ามีความไม่สม่ำเสมออย่างมากทั้งรายวัน รายสัปดาห์ รายเดือน รายปี และระยะยาว เมื่อพิจารณาว่าระบบพลังงานนั้นมีความไม่สม่ำเสมอในภาระพลังงาน (จุดสูงสุดและต่ำสุดในการใช้พลังงาน) ซึ่งพลังงานลมโดยธรรมชาติไม่สามารถควบคุมได้ การแนะนำส่วนแบ่งสำคัญของพลังงานลมเข้าสู่ระบบพลังงานจะก่อให้เกิดความไม่เสถียร เป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานลมต้องการพลังงานสำรองในระบบพลังงาน (เช่นในรูปแบบของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ) รวมถึงกลไกในการลดความแตกต่างของรุ่นของพวกเขาให้เรียบ (ในรูปแบบของโรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือปั๊ม โรงไฟฟ้ากักเก็บ) คุณสมบัติของพลังงานลมนี้ทำให้ต้นทุนไฟฟ้าที่ได้รับเพิ่มขึ้นอย่างมาก ระบบพลังงานลังเลอย่างมากที่จะเชื่อมต่อกังหันลมกับโครงข่ายไฟฟ้า ซึ่งนำไปสู่การออกกฎหมายที่กำหนดให้ต้องทำเช่นนั้น

กังหันลมเดี่ยวขนาดเล็กอาจมีปัญหากับโครงสร้างพื้นฐานของโครงข่ายไฟฟ้า เนื่องจากต้นทุนของสายส่งและสวิตช์เกียร์เพื่อเชื่อมต่อกับโครงข่ายอาจถูกห้ามปราม

กังหันลมขนาดใหญ่ประสบปัญหาการซ่อมแซมที่สำคัญ เนื่องจากการเปลี่ยนชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (ใบพัด โรเตอร์ ฯลฯ) ที่ความสูงมากกว่า 100 ม. ถือเป็นงานที่ซับซ้อนและมีราคาแพง

ข้อดี:

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม.

ปลอดภัยสำหรับมนุษย์ (ไม่มีรังสี ของเสีย)

ข้อเสียเปรียบหลัก:

ความหนาแน่นของพลังงานต่ำต่อหน่วยพื้นที่ของล้อลม การเปลี่ยนแปลงความเร็วลมที่ไม่สามารถคาดเดาได้ในระหว่างวันและฤดูกาล โดยต้องมีการสำรองสถานีลมหรือการสะสมพลังงานที่สร้างขึ้น ผลกระทบด้านลบต่อแหล่งที่อยู่อาศัยของมนุษย์และสัตว์ ต่อการสื่อสารทางโทรทัศน์ และเส้นทางการอพยพของนกตามฤดูกาล

2.5. พลังงานไฮโดรเจน

พลังงานไฮโดรเจนเป็นทิศทางของการผลิตและการใช้พลังงานของมนุษยชาติ โดยอาศัยการใช้ไฮโดรเจนเป็นวิธีการสะสม การขนส่ง และการใช้พลังงานของผู้คน โครงสร้างพื้นฐานการขนส่ง และพื้นที่การผลิตต่างๆ ไฮโดรเจนถูกเลือกให้เป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดบนพื้นผิวโลกและในอวกาศ ความร้อนจากการเผาไหม้ของไฮโดรเจนจะสูงที่สุด และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ในออกซิเจนคือน้ำ (ซึ่งถูกนำกลับเข้าสู่วงจรพลังงานไฮโดรเจน) มีหลายวิธีในการผลิตไฮโดรเจน:

จากก๊าซธรรมชาติ

การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน:

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (*ปฏิกิริยาย้อนกลับ)

ไฮโดรเจนจากชีวมวล

ข้อดี:

ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

การต่ออายุ

ประสิทธิภาพสูงมาก - 75% ซึ่งสูงกว่าการติดตั้งที่ทันสมัยที่สุดที่ใช้น้ำมันและก๊าซเกือบ 2.5 เท่า

ไฮโดรเจนยังมีข้อเสียที่ร้ายแรงกว่าอีกด้วย ประการแรก ไม่มีอยู่ในธรรมชาติในสถานะก๊าซอิสระ นั่นคือต้องถูกสกัดออกมา ประการที่สอง ไฮโดรเจนในฐานะก๊าซ ค่อนข้างอันตราย ผสมกับอากาศก่อนจะ "เผาไหม้" อย่างมองไม่เห็นนั่นคือปล่อยความร้อนออกมาแล้วจึงระเบิดได้ง่ายจากประกายไฟเพียงเล็กน้อย ตัวอย่างคลาสสิกของการระเบิดของไฮโดรเจนคืออุบัติเหตุเชอร์โนบิล เมื่อเซอร์โคเนียมร้อนเกินไปและการสัมผัสกับน้ำ ไฮโดรเจนจึงก่อตัวขึ้นและเกิดการระเบิดขึ้น ประการที่สาม จะต้องเก็บไฮโดรเจนไว้ที่ไหนสักแห่งและในภาชนะขนาดใหญ่ เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ และสามารถบีบอัดได้ภายใต้ความกดดันที่สูงมากเท่านั้น ประมาณ 300 บรรยากาศ

2.6. พลังงานความร้อนใต้พิภพ

การปะทุของภูเขาไฟแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความร้อนมหาศาลภายในดาวเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์ประมาณอุณหภูมิแกนโลกไว้ที่หลายพันองศาเซลเซียส อุณหภูมินี้ค่อยๆ ลดลงจากแกนโลกชั้นในที่ร้อน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโลหะและหินสามารถดำรงอยู่ได้ในสถานะหลอมเหลวเท่านั้นถึงพื้นผิวโลก พลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถ สามารถใช้ได้สองวิธีหลัก - เพื่อผลิตไฟฟ้าและให้ความร้อนแก่บ้าน สถาบัน และสถานประกอบการอุตสาหกรรม วัตถุประสงค์ใดที่จะใช้จะขึ้นอยู่กับรูปแบบที่เราครอบครอง บางครั้งน้ำก็ระเบิดออกมาจากพื้นดินในรูปของ "ไอน้ำแห้ง" บริสุทธิ์เช่น ไอน้ำโดยไม่มีส่วนผสมของหยดน้ำ ไอแห้งนี้สามารถนำมาใช้หมุนกังหันและผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง น้ำที่ควบแน่นสามารถคืนสู่พื้นดินได้ และหากมีคุณภาพดีเพียงพอ ก็จะปล่อยลงสู่แหล่งน้ำใกล้เคียง

การแปลงพลังงานความร้อนในมหาสมุทร

แนวคิดในการใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิของน้ำทะเลเพื่อผลิตไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้ว คือในปี 1981 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques D. Arsonval ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ในทะเล ในเวลานั้น เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วเกี่ยวกับความสามารถของมหาสมุทรในการรับและสะสมพลังงานความร้อน กลไกการเกิดกระแสน้ำในมหาสมุทรและรูปแบบพื้นฐานของการก่อตัวของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและชั้นน้ำลึกก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน

การใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิสามารถทำได้ในสามทิศทางหลัก: การแปลงโดยตรงตามองค์ประกอบเทอร์โม การแปลงความร้อนเป็นพลังงานกลในเครื่องยนต์ความร้อน และการแปลงเป็นพลังงานกลในเครื่องจักรไฮดรอลิกโดยใช้ความหนาแน่นของน้ำอุ่นและน้ำเย็นที่แตกต่างกัน

ข้อดี:

พวกเขาไม่ต้องการการบำรุงรักษาเลย

ข้อดีประการหนึ่งของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพก็คือ เมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลแล้ว จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่าประมาณ 20 เท่าเมื่อผลิตไฟฟ้าในปริมาณเท่ากัน ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโลก

ข้อได้เปรียบหลักของพลังงานความร้อนใต้พิภพคือความไม่มีวันหมดในทางปฏิบัติและความเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จากสภาพแวดล้อม ช่วงเวลาของวันและปี

มีปัญหาอะไรเกิดขึ้นเมื่อใช้น้ำแร่ร้อนใต้ดิน? สิ่งสำคัญประการหนึ่งคือความจำเป็นในการนำน้ำเสียกลับเข้าไปในชั้นหินอุ้มน้ำใต้ดิน น้ำร้อนประกอบด้วยเกลือจำนวนมากของโลหะที่เป็นพิษต่างๆ (เช่น โบรอน ตะกั่ว สังกะสี แคดเมียม สารหนู) และสารประกอบทางเคมี (แอมโมเนีย ฟีนอล) ซึ่งป้องกันการปล่อยน้ำเหล่านี้เข้าสู่ระบบน้ำธรรมชาติที่อยู่บนพื้นผิว

2.7. พลังงานแสงอาทิตย์

หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์:

แสงอาทิตย์ เซลล์ (SCs) ทำจากวัสดุที่แปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าโดยตรง เซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันส่วนใหญ่ทำจากซิลิคอน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาวัสดุประเภทใหม่สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางที่ทำจากคอปเปอร์-อินเดียม-ไดเซเลไนด์ และ CdTe (แคดเมียมเทลลูไรด์) SC เหล่านี้เพิ่งถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เช่นกัน

ข้อดี:

พลังงานของดวงอาทิตย์แทบจะไม่มีที่สิ้นสุด

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ปลอดภัยต่อมนุษย์และธรรมชาติ

ข้อเสีย: โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ทำงานในเวลากลางคืนและทำงานได้ไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอในเวลาพลบค่ำทั้งเช้าและเย็น ในขณะเดียวกัน การใช้พลังงานสูงสุดจะเกิดขึ้นในช่วงเย็นอย่างแน่นอน นอกจากนี้ผลผลิตของโรงไฟฟ้าอาจมีความผันผวนอย่างรวดเร็วและไม่คาดคิดเนื่องจากสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากค่าคงที่พลังงานแสงอาทิตย์ค่อนข้างน้อย พลังงานแสงอาทิตย์จึงจำเป็นต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับโรงไฟฟ้า (เช่น สำหรับโรงไฟฟ้าขนาด 1 GW อาจมีพื้นที่หลายสิบตารางกิโลเมตร) แม้ว่าพลังงานที่สร้างขึ้นจะเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่เซลล์แสงอาทิตย์เองก็มีสารพิษ เช่น ตะกั่ว แคดเมียม แกลเลียม สารหนู ฯลฯ และการผลิตของพวกมันก็ใช้สารอันตรายอื่น ๆ จำนวนมาก เซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่มีอายุการใช้งานที่จำกัด (30-50 ปี) และการใช้งานจำนวนมากจะทำให้เกิดปัญหายากขึ้นในอนาคตอันใกล้นี้ ซึ่งยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่ยอมรับได้จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม

2.8.พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์ (พลังงานปรมาณู) พลังงานภายในของนิวเคลียสของอะตอมที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ (ปฏิกิริยานิวเคลียร์) การใช้พลังงานนิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับการดำเนินการของปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของนิวเคลียสหนักและปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัส - ฟิวชั่นของนิวเคลียสเบา ปฏิกิริยาทั้งสองจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานออกมา ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการแบ่งตัวของนิวเคลียสหนึ่งนิวเคลียส ประมาณ 200 MeV จะถูกปล่อยออกมา เมื่อนิวเคลียสฟิชชันสมบูรณ์ที่มีอยู่ในยูเรเนียม 1 กรัม พลังงานที่ปล่อยออกมาคือ 2.3 * 104 kWh ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้ถ่านหิน 3 ตัน หรือน้ำมัน 2.5 ตัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแบบควบคุมถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ข้อดี:

ราคาไฟฟ้าต่ำและคงที่ (สัมพันธ์กับต้นทุนเชื้อเพลิง)

ผลกระทบโดยเฉลี่ยต่อสภาพแวดล้อมทางนิเวศน์

ข้อเสียของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์:

เชื้อเพลิงที่ฉายรังสีเป็นอันตรายและต้องใช้มาตรการการประมวลผลและการจัดเก็บที่ซับซ้อนและมีราคาแพง

โหมดการทำงานของพลังงานแปรผันเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานบนนิวตรอนความร้อน

หากความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ต่ำ ผลที่ตามมาก็จะรุนแรงมาก

การลงทุนขนาดใหญ่ทั้งเฉพาะเจาะจงต่อกำลังการผลิตติดตั้ง 1 เมกะวัตต์สำหรับหน่วยที่มีกำลังการผลิตน้อยกว่า 700-800 เมกะวัตต์และทั่วไปที่จำเป็นสำหรับการก่อสร้างสถานีโครงสร้างพื้นฐานตลอดจนในกรณีที่เกิดการชำระบัญชี

ทางเลือกแทนน้ำมันที่ระบุไว้ข้างต้นทั้งหมดมีข้อเสียเปรียบประการหนึ่ง แต่มีข้อเสียเปรียบที่สำคัญมาก: ไม่สามารถทดแทนน้ำมันในฐานะแหล่งพลังงานได้โดยสิ้นเชิง การใช้พลังงานแสนสาหัสเท่านั้นที่สามารถช่วยในสถานการณ์นี้ได้

2.9.พลังงานความร้อนนิวเคลียร์

พลังงานความร้อนนิวเคลียร์ที่มีส่วนร่วมของฮีเลียม 3 เป็นพลังงานที่ปลอดภัยและมีคุณภาพสูง

ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ การปล่อยพลังงานเมื่อนิวเคลียสของอะตอมแสงของดิวทีเรียม, ทริเทียมหรือลิเธียมฟิวส์เกิดเป็นฮีเลียมเกิดขึ้นในระหว่างปฏิกิริยาแสนสาหัส ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าเทอร์โมนิวเคลียร์เพราะสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น มิฉะนั้น แรงผลักไฟฟ้าจะไม่ยอมให้นิวเคลียสเข้าใกล้มากพอที่จะทำให้แรงดึงดูดของนิวเคลียร์เริ่มทำงาน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นแหล่งพลังงานของดวงดาว ปฏิกิริยาเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจน การดำเนินการควบคุมฟิวชั่นแสนสาหัสบนโลกสัญญาว่ามนุษยชาติจะเป็นแหล่งพลังงานใหม่ที่ไม่มีวันหมดสิ้นในทางปฏิบัติ ปฏิกิริยาที่มีแนวโน้มมากที่สุดในเรื่องนี้คือการรวมกันของดิวทีเรียมและไอโซโทป

หากคุณใช้ดิวเทอเรียมกับไอโซโทปฮีเลียม-3 ในเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสแทนวัสดุที่ใช้ในพลังงานนิวเคลียร์ ความเข้มของฟลักซ์นิวตรอนลดลง 30 เท่า - ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะรับประกันอายุการใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์ 30-40 ปีได้อย่างง่ายดาย (ดังนั้นปริมาณรังสีที่ปล่อยออกมาจึงลดลง) หลังจากสิ้นสุดการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ฮีเลียม จะไม่มีของเสียระดับสูงเกิดขึ้น และกัมมันตภาพรังสีขององค์ประกอบโครงสร้างจะต่ำมากจนสามารถฝังลงในหลุมฝังกลบในเมืองโดยโรยด้วยดินเบา ๆ

แล้วปัญหาคืออะไร? เหตุใดเราจึงยังไม่ใช้เชื้อเพลิงแสนสาหัสที่เป็นประโยชน์เช่นนี้

ประการแรก เนื่องจากไอโซโทปนี้หายากมากบนโลกของเรา มันเกิดในดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่บางครั้งเรียกว่า "ไอโซโทปแสงอาทิตย์" มวลรวมของมันเกินกว่าน้ำหนักของโลกของเรา ฮีเลียม-3 ถูกลมสุริยะพัดพาไปยังอวกาศโดยรอบ สนามแม่เหล็กของโลกเบี่ยงเบนส่วนสำคัญของลมนี้ ดังนั้นฮีเลียม-3 จึงประกอบขึ้นเป็นเพียงหนึ่งล้านล้านของชั้นบรรยากาศของโลก - ประมาณ 4,000 ตัน บนโลกเองก็มีน้ำหนักน้อยกว่า - ประมาณ 500 กิโลกรัม

ไอโซโทปนี้ยังมีอีกมากบนดวงจันทร์ ที่นั่นฝังอยู่ในดินดวงจันทร์ "เรโกลิ ธ" ซึ่งมีองค์ประกอบคล้ายตะกรันธรรมดา เรากำลังพูดถึงเรื่องใหญ่ - ทุนสำรองที่แทบจะไม่มีวันหมด!

การวิเคราะห์ตัวอย่างดิน 6 ตัวอย่างที่คณะสำรวจอะพอลโลนำมา และตัวอย่างอีก 2 ตัวอย่างที่สถานีอัตโนมัติลูนาของสหภาพโซเวียต แสดงให้เห็นว่า แร่ที่ปกคลุมทะเลและที่ราบสูงทั้งหมดของดวงจันทร์มีฮีเลียม-3 มากถึง 106 ตัน ซึ่งจะสนองความต้องการของ พลังงานภาคพื้นดิน เพิ่มขึ้นหลายเท่าเมื่อเทียบกับพลังงานสมัยใหม่เป็นเวลานับพันปี! ตามการประมาณการสมัยใหม่ ปริมาณสำรองของฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์นั้นมีขนาดใหญ่กว่าสามลำดับความสำคัญ - 109 ตัน

นอกจากดวงจันทร์แล้ว ฮีเลียม-3 ยังสามารถพบได้ในชั้นบรรยากาศหนาแน่นของดาวเคราะห์ยักษ์ และตามการประมาณการทางทฤษฎี ปริมาณสำรองของมันบนดาวพฤหัสบดีเพียงลำพังมีจำนวน 1,020 ตัน ซึ่งจะเพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับโลกจนถึง หมดเวลา.

โครงการขุดแร่ฮีเลียม-3

Regolith ปกคลุมดวงจันทร์ด้วยชั้นหนาหลายเมตร การซ่อมแซมในทะเลบนดวงจันทร์นั้นมีฮีเลียมมากกว่าการซ่อมแซมบนที่ราบสูง ฮีเลียม-3 1 กิโลกรัมบรรจุอยู่ในรีโกลิธประมาณ 100,000 ตัน

ดังนั้นเพื่อที่จะสกัดไอโซโทปอันมีค่าออกมาจึงจำเป็นต้องแปรรูปดินบนดวงจันทร์ที่ร่วนจำนวนมหาศาล

เมื่อคำนึงถึงคุณสมบัติทั้งหมด เทคโนโลยีการผลิตฮีเลียม-3 ควรมีกระบวนการต่อไปนี้:

1. การสกัดสารรีโกลิธ

“เครื่องเก็บเกี่ยว” แบบพิเศษจะรวบรวมหินรีโกลิธจากชั้นผิวที่มีความหนาประมาณ 2 เมตร และส่งไปยังจุดแปรรูปหรือแปรรูปโดยตรงในระหว่างกระบวนการขุด

2. การปล่อยฮีเลียมออกจากรีโกลิธ

เมื่อรีโกลิธถูกให้ความร้อนถึง 600?C ฮีเลียม 75% ที่มีอยู่ในรีโกลิธจะถูกปล่อยออกมา (ดูดซับออก) เมื่อถูกความร้อนถึง 800?C ฮีเลียมเกือบทั้งหมดจะถูกปล่อยออกมา เสนอให้ทำความร้อนฝุ่นในเตาเผาแบบพิเศษโดยเน้นแสงแดดด้วยเลนส์พลาสติกหรือกระจก

3. จัดส่งสู่โลกด้วยยานอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

เมื่อขุดฮีเลียม-3 สารหลายชนิดจะถูกสกัดจากรีโกลิธด้วย เช่น ไฮโดรเจน น้ำ ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน มีเทน คาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการดูแลรักษาศูนย์อุตสาหกรรมบนดวงจันทร์

โครงการเครื่องเก็บเกี่ยวบนดวงจันทร์เครื่องแรกซึ่งออกแบบมาเพื่อประมวลผล regolith และแยกไอโซโทปฮีเลียม-3 ออกมา ได้รับการเสนอโดยกลุ่มของ J. Kulczynski ปัจจุบัน บริษัท เอกชนในอเมริกากำลังพัฒนาต้นแบบหลายแบบซึ่งดูเหมือนจะถูกส่งไปยังการแข่งขันหลังจากที่ NASA ตัดสินใจเกี่ยวกับคุณสมบัติของการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต

เป็นที่ชัดเจนว่านอกเหนือจากการส่งเครื่องเก็บเกี่ยวไปยังดวงจันทร์แล้ว จะต้องสร้างสถานที่จัดเก็บ ฐานบรรจุคน (เพื่อให้บริการอุปกรณ์ที่ซับซ้อนทั้งหมด) คอสโมโดรม และอื่นๆ อีกมากมายที่นั่น อย่างไรก็ตาม เป็นที่เชื่อกันว่าค่าใช้จ่ายสูงในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่พัฒนาแล้วบนดวงจันทร์จะชดเชยอย่างดีในแง่ของวิกฤตพลังงานโลกที่กำลังจะมาถึง เมื่อแหล่งพลังงานประเภทดั้งเดิม (ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ) จะต้องถูกยกเลิก .

หากเราคำนึงว่าน้ำมันจะหมดในอีก 35-40 ปี เราก็มีเวลาเพียงพอที่จะดำเนินโครงการดังกล่าว และเป็นประเทศที่สามารถนำไปปฏิบัติได้ซึ่งจะเป็นผู้นำในอนาคต และหากเรารวมความพยายาม เราก็จะสามารถบรรลุผลที่ยิ่งใหญ่ยิ่งขึ้นในกรอบเวลาที่รวดเร็วยิ่งขึ้น

แล้วทำไมต้องใช้พลังงานฟิวชันล่ะ? เพราะมัน:

แหล่งพลังงานขนาดใหญ่ที่มีเชื้อเพลิงมากมายและหาได้จากทุกที่

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทั่วโลกต่ำมาก – ไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

- “การดำเนินงานรายวัน” ของโรงไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องมีการขนส่งวัสดุกัมมันตภาพรังสี

โรงไฟฟ้ามีความปลอดภัย โดยไม่มีโอกาส "ล่มสลาย" หรือ "ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถควบคุมได้"

ไม่มีกากกัมมันตรังสีซึ่งจะไม่สร้างปัญหาให้กับคนรุ่นต่อไป

ให้ผลกำไร: การผลิตพลังงาน 1 GW ต้องใช้ดิวทีเรียมประมาณ 100 กิโลกรัม และลิเธียมธรรมชาติ 3 ตันที่ใช้ตลอดทั้งปี โดยผลิตได้ประมาณ 7 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง

3.บทสรุป

ดังนั้นพลังงานจึงเป็นทรัพยากรสำคัญที่จำเป็นต่อการดำรงอยู่อย่างสะดวกสบายของมนุษยชาติ และการผลิตพลังงานก็เป็นหนึ่งในปัญหาหลักของมนุษยชาติ ปัจจุบันน้ำมันถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าและเชื้อเพลิงอย่างแข็งขัน แต่ก็มีไม่สิ้นสุด และปริมาณสำรองก็ลดลงทุกปีเท่านั้น และทางเลือกที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบันไม่สามารถทดแทนน้ำมันได้ทั้งหมดหรือมีข้อเสียร้ายแรง

ปัจจุบันแหล่งพลังงานเดียวที่สามารถให้พลังงานตามจำนวนที่ต้องการสำหรับมนุษยชาติทั้งหมดและไม่มีข้อเสียเปรียบร้ายแรงคือพลังงานแสนสาหัสจากการใช้ฮีเลียม 3 เทคโนโลยีในการรับพลังงานจากปฏิกิริยานี้ต้องใช้แรงงานเข้มข้นและต้องใช้ขนาดใหญ่ การลงทุน แต่พลังงานที่ได้ในลักษณะนี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและคำนวณเป็นพันล้านกิโลวัตต์

หากคุณได้รับพลังงานราคาถูกและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม คุณสามารถทดแทนน้ำมันได้มากที่สุด เช่น ละทิ้งเครื่องยนต์เบนซินหันมาใช้เครื่องยนต์ไฟฟ้า ผลิตความร้อนโดยใช้ไฟฟ้า เป็นต้น ดังนั้น น้ำมันในฐานะทรัพยากรวัตถุดิบสำหรับการผลิตสารเคมี จะเพียงพอสำหรับมนุษยชาติไปหลายศตวรรษ

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างอุตสาหกรรมบนดวงจันทร์ (ซึ่งเป็นแหล่งฮีเลียม 3 หลัก) ในการสร้างอุตสาหกรรม คุณต้องมีแผนการพัฒนา ซึ่งต้องใช้เวลาหลายปี และยิ่งคุณเริ่มเร็วเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น เพราะหากต้องทำในสถานการณ์สิ้นหวัง (เช่น ช่วงวิกฤตพลังงาน เป็นต้น) อย่างเร่งด่วน จะทำให้ค่าใช้จ่ายแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

และประเทศที่พัฒนาเร็วกว่าในทิศทางนี้จะกลายเป็นผู้นำในอนาคต เพราะพลังงานคืออนาคต

4. รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

1. http://ru.wikipedia.org/ - สารานุกรมโลก

2. http://www.zlev.ru/61_59.htm - นิตยสาร "Golden Lion" ฉบับที่ 61-62 - การตีพิมพ์แนวคิดอนุรักษ์นิยมของรัสเซียน้ำมันจะหมดเมื่อใด

3. http://www.vz.ru/society/2007/11/25/127214.html -VIEW / เมื่อน้ำมันหมด

4. http://vz.ru/economy/2007/11/1/121681.html - VIEW / น้ำมันโลกกำลังจะหมด

5. http://bio.fizteh.ru/departments/physchemplasm/topl_element.html ->ทางเลือกอื่นแทนน้ำมัน? คณะฟิสิกส์โมเลกุลและชีวภาพ MIPT "Phystech-Portal", "Phystech-ศูนย์"

6. http://encycl.accoona.ru/?id=74848 - พลังงานนิวเคลียร์ - สารานุกรมอินเทอร์เน็ต พจนานุกรมอธิบาย

7. http://www.vepr.ru/show.html?id=7 - ไฟฟ้ามาจากไหน (ประวัติความเป็นมา)

8. http://www.bioenergy.by/mejdu_1.htm -พลังงานชีวมวล. โครงการ UNDP/GEF BYE/03/G31 ในเบลารุส

9. http://bibliotekar.ru/alterEnergy/37.htm - ข้อดีและข้อเสียของพลังงานลม หลักการแปลงพลังงานลม พลังงานลม

10. http://www.smenergo.ru/hydrogen_enegry/ - พลังงานไฮโดรเจน พลังงานและพลังงาน

11. http://works.tarefer.ru/89/100323/index.html แหล่งพลังงานปฐมภูมิและพลังงานแสนสาหัส

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

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

14. http://razrabotka.ucoz.ru/publ/4-1-0-16 - HELIUM-THREE - พลังงานแห่งอนาคต - โปรแกรมทางจันทรคติ - แคตตาล็อกบทความ - การพัฒนา

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

16. http://www.scienmet.net/ - เครื่องกำเนิดลม, พลังงานลม

17. http://oil-resources.info - แหล่งเชื้อเพลิง

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

19.http://www.ruscourier.ru/archive/2593 - ข้อเสียของไฮโดรเจน

20. http://www.intersolar.ru/geothermal/pressa/rbsgeo.html - พลังงานจากส่วนลึก - www.intersolar.ru

21.http://web-japan.org/nipponia/nipponia28/ru/feature/feature09.html - NIPPONIA No.28 15 มีนาคม 2547

22. http://www.kti.ru/forum/img/usersf/pic_41.doc - แหล่งพลังงานทางเลือก

23. http://www.rosnpp.org.ru/aes_preimush.shtml - โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

24. http://www.atomstroyexport.ru/nuclear_market/advantage/ - พลังงานนิวเคลียร์

25. http://solar-battery.narod.ru/termoyad.htm - การทำงานของพลังงานแสนสาหัส

26.http://business.km.ru/magazin/view.asp?id=7B07CB0288D54DC0AC68C60AF246D693 - ธุรกิจ KM.RU อนาคตของพลังงานของรัสเซียอยู่ที่เชื้อเพลิงชีวภาพและพลังงานแสนสาหัส

เป็นไปได้ว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเราจะได้เห็น Lunar Race-2 ผู้ชนะ (หรือผู้ชนะ) จะได้รับแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันหมดสิ้น สิ่งนี้จะช่วยให้มนุษยชาติเข้าสู่โครงสร้างทางเทคโนโลยีใหม่เชิงคุณภาพซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่เราเดาได้เท่านั้น

ฮีเลียม-3 คืออะไร?

จากหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน เราจำได้ว่ามวลอะตอมของฮีเลียมคือ 4 และองค์ประกอบนี้เป็นก๊าซเฉื่อย มันเป็นปัญหาที่จะใช้มันในสิ่งใด ปฏิกริยาเคมีโดยเฉพาะการปล่อยพลังงาน สสารที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงคือไอโซโทปของฮีเลียมที่มีมวลอะตอม 3 มันสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาแสนสาหัสกับดิวทีเรียม (ไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีมวลอะตอม 2) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของพลังงานขนาดยักษ์เนื่องจากการสังเคราะห์ฮีเลียมธรรมดา -4 โดยมีการปล่อยโปรตอน (3 He + D → 4 ไม่ใช่ + p + พลังงาน) ในทำนองเดียวกัน จากฮีเลียม-3 เพียง 1 กรัม คุณก็จะได้รับพลังงานเท่ากับการเผาผลาญน้ำมันถึง 15 ตัน

ฮีเลียม-3 หนึ่งตันเพียงพอที่จะปล่อยพลังงานได้ 10 GW ต่อปี ดังนั้น เพื่อให้ครอบคลุมความต้องการพลังงานทั้งหมดของรัสเซียในปัจจุบัน จึงจำเป็นต้องใช้ฮีเลียม-3 จำนวน 20 ตันต่อปี และสำหรับมนุษยชาติทั้งหมด จะต้องใช้ไอโซโทปนี้ประมาณ 200 ตันต่อปี ในเวลาเดียวกันไม่จำเป็นต้องเผาน้ำมันและก๊าซซึ่งปริมาณสำรองไม่ จำกัด ตามการประมาณการล่าสุดของปริมาณสำรองไฮโดรคาร์บอนที่พิสูจน์แล้วมนุษยชาติจะมีอายุเพียงครึ่งศตวรรษเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องดำเนินการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ค่อนข้างอันตราย ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งหลังจากเชอร์โนบิลและฟูกูชิม่า

ฉันจะหาฮีเลียม-3 ได้ที่ไหน?

ที่ การพัฒนาที่ทันสมัยเทคโนโลยี แหล่งกำเนิดธาตุนี้เพียงแห่งเดียวที่เข้าถึงได้อย่างแท้จริงคือพื้นผิวของดวงจันทร์ ฮีเลียม-3 นั้นก่อตัวขึ้นภายในดาวฤกษ์ (เช่น ดวงอาทิตย์ของเรา) ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมกันของอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอม ในกรณีนี้ ผลิตภัณฑ์หลักของปฏิกิริยานี้คือฮีเลียม-4 ธรรมดา และไอโซโทป-3 จะเกิดขึ้นในปริมาณเล็กน้อย บางส่วนดำเนินการโดยลมสุริยะและกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งระบบดาวเคราะห์

ฮีเลียม-3 จะไม่ตกลงสู่พื้นโลกเพราะอะตอมของมันเบี่ยงเบนไป สนามแม่เหล็กของโลกของเรา แต่บนดาวเคราะห์ที่ไม่มีสนามดังกล่าว ธาตุนั้นจะถูกสะสมไว้ที่ชั้นบนของดินและค่อยๆ สะสม เทห์ฟากฟ้าที่อยู่ใกล้โลกที่สุดที่ไม่มีสนามแม่เหล็กคือดวงจันทร์ ดังนั้นจึงเป็นที่นี่ที่แหล่งสำรองพลังงานอันมีค่าที่มนุษย์มีอยู่นั้นมีความเข้มข้น

สิ่งนี้ได้รับการยืนยันไม่เพียงแต่จากการคำนวณทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลลัพธ์ด้วย การวิจัยเชิงประจักษ์. พบฮีเลียม-3 ในความเข้มข้นที่ค่อนข้างสูงในตัวอย่างดินบนดวงจันทร์ทั้งหมดที่ส่งมายังโลก โดยเฉลี่ยจะมี 1 กรัมต่อ 100 ตันของรีโกลิธ ของไอโซโทปพลังงานนี้

ดังนั้นเพื่อที่จะสกัดฮีเลียม-3 จำนวน 20 ตันที่กล่าวมาข้างต้นเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานประจำปีของสหพันธรัฐรัสเซียได้อย่างเต็มที่จึงจำเป็นต้อง "ตัก" ดินบนดวงจันทร์จำนวน 2,000 ล้านตัน

ในทางกายภาพ สิ่งนี้สอดคล้องกับพื้นที่บนดวงจันทร์ขนาด 20x20 กม. โดยมีความลึกของเหมืองหิน 3 ม. งานในการจัดการเหมืองขนาดใหญ่เช่นนี้ค่อนข้างซับซ้อน แต่วิศวกรสมัยใหม่ก็ค่อนข้างแก้ไขได้ เห็นได้ชัดว่าปัญหาที่ยากและมีราคาแพงกว่าคือการส่งเชื้อเพลิงจำนวนหลายสิบตันสำหรับเตาหลอมฟิวชันมายังโลก

มนุษยชาติขาดอะไรในการปฏิวัติพลังงานฮีเลียม?

เพื่อพัฒนาพลังงานแสนสาหัสที่เต็มเปี่ยมบนโลกโดยใช้ฮีเลียม-3 ผู้คนจะต้องแก้ไขปัญหาหลักสามประการ

1. การสร้างวิธีการจัดส่งสินค้าที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพในการขนส่งสินค้าตามเส้นทาง Earth-Moon และขากลับ

2. การสร้างฐานและเชิงซ้อนบนดวงจันทร์เพื่อสกัดฮีเลียม-3 ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาทางเทคโนโลยีมากมาย

3. การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แสนสาหัสบนโลก ซึ่งต้องเอาชนะอุปสรรคทางเทคโนโลยีบางประการด้วย

มนุษยชาติเข้าใกล้การแก้ปัญหาแรกแล้ว ทั้งสี่ประเทศที่เข้าร่วมการแข่งขัน Moon Race 2 รวมถึงสหภาพยุโรปได้พัฒนาหรือกำลังพัฒนาจรวดสำหรับงานหนักที่สามารถบรรทุกสินค้าจำนวนมากขึ้นสู่วงโคจรดวงจันทร์ได้ ตัวอย่างเช่น ภายในปี 2570 รัสเซียวางแผนที่จะติดตั้งยานยิง Angara-A5V ในฮาร์ดแวร์ ซึ่งจะสามารถส่งมอบน้ำหนักบรรทุกอย่างน้อย 10 ตันไปยังดวงจันทร์ การขนส่งไปกลับจะง่ายกว่าเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์น้อยกว่าโลกถึง 6 เท่า แต่เชื้อเพลิงจะเป็นปัญหาที่นี่ มันจะต้องนำเข้าจากโลกหรือผลิตบนพื้นผิวดาวเทียมของเรา

ภารกิจที่สองนั้นจริงจังกว่ามาก เนื่องจากนอกเหนือจากการจัดการสกัดฮีเลียม-3 จากรีโกลิธจริงแล้ว วิศวกรจะต้องสร้างฐานดวงจันทร์ที่เชื่อถือได้พร้อมระบบช่วยชีวิตสำหรับนักขุดในอนาคต เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นจากการดำเนินงานของสถานีโคจรเป็นเวลาหลายปี โดยเฉพาะ ISS และ Mir จะช่วยได้อย่างมากในเรื่องนี้ ทั้งในรัสเซียและในประเทศอื่น ๆ ในปัจจุบันฐานดวงจันทร์ได้รับการออกแบบอย่างแข็งขันและบางทีประเทศของเราในปัจจุบันอาจมีเทคโนโลยีสูงสุดสำหรับการดำเนินโครงการดังกล่าวอย่างแท้จริง

สำหรับปัญหาที่สาม งานเกี่ยวกับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสเกิดขึ้นบนโลกในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา ปัญหาทางเทคโนโลยีหลักที่นี่คือปัญหาของการจำกัดพลาสมาอุณหภูมิสูง (จำเป็นสำหรับการ "จุดไฟ" ฟิวชั่นแสนสาหัส) ในสิ่งที่เรียกว่า "กับดักแม่เหล็ก"

ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้วสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานบนหลักการรวมดิวทีเรียมและไอโซโทป (D + T = 4 He + n + พลังงาน) เพื่อรักษาปฏิกิริยาดังกล่าว อุณหภูมิ 100 ล้านองศาก็เพียงพอแล้ว

อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวจะไม่แพร่หลายอีกต่อไป เนื่องจากมีกัมมันตรังสีสูงมาก ในการเริ่มปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับฮีเลียม-3 และดิวทีเรียม จะต้องมีอุณหภูมิ 300-700 ล้านองศา จนถึงขณะนี้พลาสมาดังกล่าวไม่สามารถเก็บไว้ในกับดักแม่เหล็กได้เป็นเวลานาน แต่บางทีความก้าวหน้าในพื้นที่นี้อาจถูกนำโดยการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ (ITER) ซึ่งปัจจุบันถูกสร้างขึ้นในฝรั่งเศสและจะถูกวาง เริ่มดำเนินการภายในปี 2568

ดังนั้นทศวรรษระหว่างปี 2030-2040 มีโอกาสที่จะเป็นจุดเริ่มต้นในการพัฒนาพลังงานที่ใช้ฮีเลียม-3 ทุกครั้งเนื่องจากในเวลานี้เห็นได้ชัดว่าอุปสรรคทางเทคโนโลยีที่ระบุไว้ข้างต้นจะได้รับการแก้ไข ดังนั้นจึงยังคงต้องหาเงินสำหรับการดำเนินโครงการพลังงานที่สามารถขับเคลื่อนมนุษยชาติเข้าสู่ยุคพลังงานราคาถูกมาก (เกือบฟรี) พร้อมผลที่ตามมาทั้งหมดทั้งต่อเศรษฐกิจและคุณภาพชีวิตของแต่ละคน