12 подписчиков

Гелий-3. Что это такое, где его добывают и зачем он нужен.

21 ноября 201921 ноя 2019

1054

4 мин

Оглавление

Что это такое.
Теперь расскажу немного о физических свойствах Гелия-3.

Что это такое.

Гелий-3 является одним из самых редких элементов, которые находятся на Земле, но в тоже время вторым по распространенности во вселенной, уступая только водороду. Его редкость связана с тем, что он на столько лёгкий, что совершенно спокойно покидает пределы атмосферы Земли и улетучивается в космос. Солнечный ветер способен переносить атомы этого вещества во вселенной, но магнитное поле земли полностью исключает его попадание на поверхность, так как этот элемент имеет свойство отклонятся от магнитных полей. Так же хотелось сказать, что солнечный ветер состоит на 5% из Гелия-3, что достаточно большой показатель.

Вернёмся на поверхность нашей планеты, в атмосфере земли находится всего 0,000137%. Его концентрация, не смотря на постоянную его потерю, постоянна. Как так происходит, что он постоянно улетучивается, но концентрация не изменена? Это связано с способом его попадания в атмосферу. Гелий-3 распространен в мантии нашей планеты и при извержении вулканов, часть его попадает в атмосферу, что даёт его постоянный процент прибывания в воздухе.

Теперь расскажу немного о физических свойствах Гелия-3.

Атомная масса равна 3,016. Гелий-3 кипит при -269,96 °С. Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л. Удельная теплота испарения равна 26 Дж/моль.

Газообразный гелий-3 при нормальных условиях (T = 0 °C, P = 101 325 Па) имеет плотность 0,1346 г/л. Соответственно, объём одного грамма гелия-3 равен 7,43 литра.

Добыча.

Его добыча из атмосферы земли, достаточно трудоемкий и дорогой процесс по этой причине этот способ не используется. Его получают с помощью распада искусственно созданного трития. Этот элемент производится некоторыми государствами как компонент термоядерного оружия в ядерных реакторов при облучении бора-10 и лития-6. Во времена, когда страны были поглащены идеей ядерного привасходства, было произведено тонны Гелия-3, как побочного продукта, но на современном этапе развития человечества этих запасов уже не хватает, по этому остро стоит вопрос о его добыче все пределах нашей планеты.

Зачем он нужен?

Гелий-3 используется сегодня в науке (для охлаждения до очень низких температур) и в медицине (методы визуализации). Так-же его в перспективе можно использовать в термоядерных реакторах. Преимущество его, по отношению к реакторам, которые работают дейтерии и тритии в том, что при реакции этих элементов, получаются нейтроны высокой энергии, которые не возможно отклонить, от их направления и корпус реактора подвергается постоянному облучению и становится радиоактивным, что ведёт к его утилизации, как радиоактивных отходов, что достаточно проблематично. А гелий-3 и его нейтроны можно совершенно спокойно отклонить с помощью магнитного поля, что делает такие реакторы по настоящему "чистыми".

Добыча Гелия-3 вне Земли.

Луна.

Считается, что самым близким местом с залежами гелия-3 является наш спутник, Луна. так как у нашего соседа отсутствует атмосфера и магнитное поле, то его поверхность очень богата этим элементом. Так как Луна постоянно находится под влиянием солнечного ветра, большое количество гелия-3 задерживается в породе.

Достаточно дорого на данный момент создать инфраструктуру по добыче и доставки гелия-3 на землю, но потребности растут и количество добываемого на земле гелия-3 уже не достаточны. Остается вопросом времени, когда первые космические корабли устремятся на Луну, что бы создать там базы.

Сама добыча Гелия-3 на луне будет осуществляться с помощью переработки лунного грунта. Его нужно нагрет до примерно 900 °C. Затем, например, путем охлаждения – гелий должен быть отделен от других газов.

Про проблемы связанные с обустройством лунных баз, вы можете ознакомится по данной ссылке:

https://zen.yandex.ru/media/id/5dd224ae43ca9b53a9705beb/pochemu-chelovechestvo-do-sih-por-ne-imeet-lunnoi-bazy-5dd5240818c060160cc489a7

Уран.

Уран – самый легкий среди газовых гигантов. А это значит, что от него легче всего улететь космическому кораблю. Энергия, необходимая для доставки одного килограмма гелия-3 из атмосферы Урана на Землю, почти в 200 раз больше, чем при доставке с Луны. Но в отличие от Луны, гелий-3 уже присутствует в атмосфере Урана. Он составляет около 0,005% ее объема. И может быть легко отделен от других газов. Кроме того, его количество там колоссально. В общей сложности в атмосфере Урана содержится около 400 квадриллионов тонн гелия-3. Этого достаточно для покрытия мирового потребления электроэнергии при сегодняшних объемах в течение следующих 5 миллиардов лет.