สูตรฮีเลียมที่ 3 ฮีเลียม-3 เป็นพลังงานแห่งอนาคต องค์ประกอบและโครงสร้าง

ฮีเลียม 3 - พลังงานแห่งอนาคต

เราทุกคนทราบดีว่าน้ำมันของเราไม่มีที่สิ้นสุด และการศึกษายังได้พิสูจน์แหล่งกำเนิดอินทรีย์ด้วย ซึ่งหมายความว่าน้ำมันเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ น้ำมันเป็นของเหลวมันที่ติดไฟได้ ซึ่งเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน สีน้ำตาลแดง บางครั้งมีสีเกือบเป็นสีดำ แม้ว่าบางครั้งจะเป็นน้ำมันสีเหลืองอมเขียวเล็กน้อย หรือแม้แต่น้ำมันไม่มีสี มีกลิ่นเฉพาะ พบมากในเปลือกตะกอน ของโลก; หนึ่งในแร่ธาตุที่สำคัญที่สุด น้ำมันเป็นส่วนผสมของสารแต่ละชนิดประมาณ 1,000 ชนิด ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรคาร์บอนเหลว น้ำมันเป็นผู้นำในด้านความสมดุลของเชื้อเพลิงและพลังงานของโลก: ส่วนแบ่งในการบริโภคทรัพยากรพลังงานทั้งหมดอยู่ที่ 48% นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมน้ำมันจึงมีความสำคัญต่อมนุษยชาติในฐานะแหล่งพลังงาน

ในขณะนี้ แหล่งพลังงานหลัก ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงไฟฟ้าพลังความร้อน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

กราฟแสดงให้เห็นชัดเจนว่ามีเพียงโรงไฟฟ้าพลังความร้อนเท่านั้นที่สามารถอวดความเป็นผู้นำ ซึ่งใช้ทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียนเป็นเชื้อเพลิง เช่น น้ำมัน (เชื้อเพลิงทุกประเภทที่ได้จากน้ำมัน) ถ่านหิน ก๊าซ

โรงไฟฟ้าพลังน้ำคิดเป็นสัดส่วนเพียง 20% และแม้ว่าโลกจะเริ่มใช้แม่น้ำจำนวนสูงสุดสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ แต่พลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั้งหมดจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการของมนุษยชาติได้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ครอบครองเพียง 17% ของการผลิตพลังงานของโลก การใช้ปฏิกิริยาฟิชชันของอะตอมก่อให้เกิดผลกระทบร้ายแรงในรูปแบบของรังสี

ตอนนี้ก๊าซ ถ่านหิน พีท พลังงานของอะตอมฟิชชัน (พลังงานนิวเคลียร์) ถูกใช้อย่างแข็งขันเป็นวัตถุดิบทางเลือก แต่เราตระหนักดีว่าพวกเขาไม่สามารถทดแทนน้ำมันเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตพลังงานได้อย่างสมบูรณ์ และปริมาณสำรองของก๊าซธรรมชาติชนิดเดียวกันนั้นไม่มีที่สิ้นสุด การใช้วัตถุดิบทางเลือกเหล่านี้จะทำให้วิกฤตพลังงานล่าช้าเท่านั้น

นักวิทยาศาสตร์ตระหนักดีถึงปัญหาที่เกิดขึ้นตามมา และสร้างและศึกษาแหล่งพลังงานทางเลือก ในขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานในโครงการที่เกี่ยวข้องกับการใช้:

ก๊าซชีวภาพ

ไบโอดีเซล

ไบโอเอทานอล

พลังงานลม

พลังงานไฮโดรเจน

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์ (ตามการใช้ฮีเลียม 3)

ส่วนสำคัญ

ลองพิจารณาทางเลือกแต่ละทางแยกกัน

2.1 ก๊าซชีวภาพ

ไบโอมีเทนเป็นก๊าซที่ได้จากการหมักขยะอินทรีย์ (ก๊าซชีวภาพ) พื้นที่ที่เหมาะสมที่สุดของการใช้ก๊าซชีวภาพคือการให้ความร้อนแก่ฟาร์มปศุสัตว์ ที่อยู่อาศัย และพื้นที่เทคโนโลยี ก๊าซชีวภาพสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ เชื้อเพลิงที่ผลิตส่วนเกินสามารถแปรรูปเป็นไฟฟ้าได้โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล

ไบโอมีเทนมีความเข้มข้นของพลังงานเชิงปริมาตรต่ำ ภายใต้สภาวะปกติ ค่าความร้อนคือ 1 ลิตร ไบโอมีเทนคือ 33 - 36 kJ

ไบโอมีเทนมีความต้านทานการระเบิดสูง ซึ่งช่วยลดความเข้มข้นของสารอันตรายในก๊าซไอเสีย และลดปริมาณตะกอนในเครื่องยนต์

ไบโอมีเทนเป็นเชื้อเพลิงยานยนต์ควรใช้ในเครื่องยนต์ขนส่งไม่ว่าจะอยู่ในสถานะอัดหรือของเหลว อย่างไรก็ตาม อุปสรรคหลักต่อการใช้ไบโอมีเทนอัดอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงยานยนต์ เช่นในกรณีของก๊าซธรรมชาติอัด คือการขนส่งถังเชื้อเพลิงจำนวนมาก

ในต่างประเทศ ปัญหาในการได้มาและการใช้ก๊าซชีวภาพได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก ในช่วงเวลาสั้น ๆ อุตสาหกรรมก๊าซชีวภาพทั้งหมดได้เกิดขึ้นในหลายประเทศทั่วโลก หากในปี 1980 มีโรงงานก๊าซชีวภาพประมาณ 8 ล้านโรงในโลกที่มีกำลังการผลิตรวม 1.7-2 พันล้านลูกบาศก์เมตร เมตรต่อปี ในปัจจุบัน ตัวเลขเหล่านี้สอดคล้องกับผลผลิตก๊าซชีวภาพของประเทศเดียวคือจีน

ข้อดีของก๊าซชีวภาพ ได้แก่ :

รับพลังงานโดยไม่ปล่อย CO 2 เพิ่มเติม

ระบบปิดไม่หรือมีกลิ่นรั่วเล็กน้อย

ปรับปรุงสถานการณ์การค้าและลดการพึ่งพาผู้นำเข้าพลังงาน

ไฟฟ้าก๊าซชีวภาพสามารถผลิตได้ตลอด 24 ชั่วโมง

ไม่ขึ้นอยู่กับลม/น้ำ/ไฟฟ้า

การปรับปรุงการปฏิสนธิของดิน

2.2 ไบโอดีเซล

ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงที่มีไขมันพืชหรือสัตว์ (น้ำมัน) เป็นหลัก เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์เอสเทอริฟิเคชัน นำไปใช้กับการขนส่งทางรถยนต์ในรูปแบบของส่วนผสมต่างๆ กับน้ำมันดีเซล

ด้านสิ่งแวดล้อมของการประยุกต์ใช้:

ไบโอดีเซลตามการทดลองแสดงให้เห็นว่าไม่เป็นอันตรายต่อพืชและสัตว์เมื่อลงไปในน้ำ นอกจากนี้ มันผ่านการสลายตัวทางชีวภาพเกือบทั้งหมด: ในดินหรือในน้ำ จุลินทรีย์ประมวลผล 99% ของไบโอดีเซลใน 28 วัน ซึ่งช่วยให้เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการลดมลพิษของแม่น้ำและทะเลสาบ

ประโยชน์ของไบโอดีเซล ได้แก่ :

เพิ่มจำนวนซีเทนและการหล่อลื่นซึ่งช่วยยืดอายุของเครื่องยนต์

ลดการปล่อยก๊าซที่เป็นอันตรายอย่างมีนัยสำคัญ (รวมถึง CO, CO2, SO2, อนุภาคละเอียดและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย);

ส่งเสริมการทำความสะอาดหัวฉีด ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง และช่องทางการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง

ข้อบกพร่อง

ในฤดูหนาวจำเป็นต้องให้ความร้อนเชื้อเพลิงที่ไหลจากถังเชื้อเพลิงไปยังปั๊มเชื้อเพลิง หรือใช้ส่วนผสมของน้ำมันดีเซล ไบโอดีเซล 80% ผสม 20%

2.3 ไบโอเอทานอล

ไบโอเอธานอลเป็นเชื้อเพลิงแอลกอฮอล์เหลวที่มีไอระเหยหนักกว่าอากาศ ผลิตจากผลผลิตทางการเกษตรที่มีแป้งหรือน้ำตาล เช่น ข้าวโพด ซีเรียล หรืออ้อย เอทานอลเชื้อเพลิงไม่มีน้ำและผลิตโดยการกลั่นแบบสั้น (สองคอลัมน์การกลั่นแทนที่จะเป็นห้า) ดังนั้นจึงมีเมทานอลและน้ำมันฟิวเซล เช่นเดียวกับน้ำมันเบนซิน ซึ่งทำให้ดื่มไม่ได้

ไบโอเอทานอลที่ใช้เชื้อเพลิงมีการผลิตในลักษณะเดียวกับแอลกอฮอล์ในอาหารทั่วไปสำหรับการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ แต่มีความแตกต่างที่สำคัญหลายประการ

เอทานอลสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่มีน้ำตาลและแป้ง เช่น อ้อยและหัวบีท มันฝรั่ง อาร์ติโชกเยรูซาเลม ข้าวโพด ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ ข้าวไรย์ ฯลฯ

ข้อดีของไบโอเอทานอล ได้แก่ :

เอทานอลมีค่าออกเทนสูง

ไบโอเอธานอลสามารถย่อยสลายได้และไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางธรรมชาติ

ระบบน้ำ

เอทานอล 10% ในน้ำมันเบนซินช่วยลดความเป็นพิษของไอเสีย

ลดการปล่อย CO 26%, การปล่อยไนโตรเจนออกไซด์

5% อนุภาคละออง 40%

เอทานอลเป็นผลิตภัณฑ์ทดแทนเพียงอย่างเดียว

เชื้อเพลิงเหลว การใช้งานซึ่งใน

เป็นสารเติมแต่งสำหรับน้ำมันเบนซินไม่ต้องดัดแปลง

การออกแบบเครื่องยนต์

ไม่มีข้อบกพร่องที่เด่นชัดโดยเฉพาะ

2.4. พลังงานลม

พลังงานลมเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีการควบคุม ผลผลิตของฟาร์มกังหันลมขึ้นอยู่กับความแรงของลม ซึ่งเป็นปัจจัยที่แปรผันได้สูง ดังนั้นการส่งออกไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดลมไปยังระบบไฟฟ้าจึงไม่เท่ากันทั้งรายวันและรายสัปดาห์ รายเดือน รายปีและระยะยาว เนื่องจากระบบพลังงานเองมีโหลดพลังงานต่างกัน (จุดสูงสุดและลดลงในการใช้พลังงาน) ซึ่งแน่นอนว่าไม่สามารถควบคุมด้วยพลังงานลมได้ การนำพลังงานลมส่วนใหญ่เข้าสู่ระบบพลังงานทำให้เกิดความไม่เสถียร เป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานลมต้องการพลังงานสำรองในระบบพลังงาน (เช่น ในรูปของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ) ตลอดจนกลไกในการทำให้ความแตกต่างของรุ่นเกิดราบรื่นขึ้น (ในรูปของโรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือแบบสูบน้ำ) โรงเก็บพลังงาน) คุณสมบัติของพลังงานลมนี้เพิ่มค่าไฟฟ้าที่ได้รับจากพวกมันอย่างมาก กริดไม่เต็มใจที่จะเชื่อมต่อกังหันลมกับกริด ซึ่งทำให้ต้องมีการออกกฎหมายบังคับ

กังหันลมแบบสแตนด์อโลนขนาดเล็กอาจมีปัญหากับโครงสร้างพื้นฐานของเครือข่าย เนื่องจากต้นทุนของสายส่งและสวิตช์เกียร์ในการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าอาจสูงเกินไป

กังหันลมขนาดใหญ่กำลังประสบปัญหาการซ่อมแซมที่สำคัญ เนื่องจากการเปลี่ยนชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (ใบมีด โรเตอร์ ฯลฯ) ที่ความสูงมากกว่า 100 ม. เป็นงานที่ซับซ้อนและมีราคาแพง

ข้อดี:

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม.

ปลอดภัยต่อมนุษย์ (ไม่มีรังสี ไม่มีของเสีย)

ข้อเสียเปรียบหลัก:

ความหนาแน่นพลังงานต่ำต่อหน่วยพื้นที่ของกังหันลม การเปลี่ยนแปลงความเร็วลมที่คาดเดาไม่ได้ในระหว่างวันและฤดูกาล ต้องจองฟาร์มกังหันลมหรือสะสมพลังงานที่สร้างขึ้น ผลกระทบด้านลบต่อที่อยู่อาศัยของมนุษย์และสัตว์ ต่อการสื่อสารทางโทรทัศน์ และเส้นทางการอพยพของนกตามฤดูกาล

2.5. พลังงานไฮโดรเจน

พลังงานไฮโดรเจนเป็นทิศทางในการผลิตและการใช้พลังงานของมนุษย์ โดยอาศัยการใช้ไฮโดรเจนเป็นวิธีการสะสม ขนส่ง และใช้พลังงานโดยคน โครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่ง และพื้นที่การผลิตต่างๆ ไฮโดรเจนถูกเลือกให้เป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดบนพื้นผิวโลกและในอวกาศ ความร้อนจากการเผาไหม้ของไฮโดรเจนจะสูงที่สุด และผลิตภัณฑ์ของการเผาไหม้ในออกซิเจนคือน้ำ (ซึ่งจะนำเข้าสู่วัฏจักรของพลังงานไฮโดรเจนอีกครั้ง) มีหลายวิธีในการผลิตไฮโดรเจน:

จากก๊าซธรรมชาติ

การทำให้เป็นแก๊สถ่านหิน:

อิเล็กโทรไลซิสของน้ำ (*ปฏิกิริยาย้อนกลับ)

ไฮโดรเจนจากชีวมวล

ข้อดี:

ความบริสุทธิ์ทางนิเวศวิทยาของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

การหมุนเวียน

ประสิทธิภาพสูงมาก - 75% ซึ่งสูงกว่าการติดตั้งที่ทันสมัยที่สุดที่ใช้น้ำมันและก๊าซเกือบ 2.5 เท่า

ไฮโดรเจนยังมีข้อเสียที่ร้ายแรงกว่า ประการแรกในสถานะก๊าซอิสระไม่มีอยู่ในธรรมชาตินั่นคือต้องถูกขุด ประการที่สอง ไฮโดรเจนเป็นก๊าซค่อนข้างอันตราย ส่วนผสมกับอากาศในตอนแรก "ไหม้" อย่างมองไม่เห็น กล่าวคือ ปล่อยความร้อนแล้วระเบิดได้ง่ายจากประกายไฟเพียงเล็กน้อย ตัวอย่างคลาสสิกของการระเบิดของไฮโดรเจนคืออุบัติเหตุที่เชอร์โนบิล เมื่อไฮโดรเจนก่อตัวขึ้นอันเป็นผลมาจากความร้อนสูงเกินไปของเซอร์โคเนียมและน้ำที่ตกลงมาซึ่งทำให้เกิดการระเบิด ประการที่สาม ต้องเก็บไฮโดรเจนไว้ที่ใดที่หนึ่งและในภาชนะขนาดใหญ่ เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ และสามารถบีบอัดได้ภายใต้ความกดอากาศสูงมาก ประมาณ 300 บรรยากาศเท่านั้น

2.6. พลังงานความร้อนใต้พิภพ

การปะทุของภูเขาไฟเป็นหลักฐานที่ชัดเจนของความร้อนมหาศาลภายในโลก นักวิทยาศาสตร์ประเมินอุณหภูมิของแกนโลกที่หลายพันองศาเซลเซียส อุณหภูมินี้ค่อยๆ ลดลงจากแกนภายในที่ร้อน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโลหะและหินสามารถดำรงอยู่ในสถานะหลอมเหลวได้จนถึงพื้นผิวโลกเท่านั้น พลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถ ใช้ในสองวิธีหลัก - เพื่อผลิตไฟฟ้าและเพื่อให้ความร้อนแก่บ้าน สถาบันและสถานประกอบการอุตสาหกรรม สำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้จะใช้ขึ้นอยู่กับรูปแบบที่เข้ามาในครอบครองของเรา บางครั้งน้ำพุ่งออกมาจากพื้นดินในรูปของ "ไอน้ำแห้ง" บริสุทธิ์เช่น ไอน้ำโดยไม่ต้องผสมน้ำหยด ไอน้ำแห้งนี้สามารถใช้หมุนกังหันและผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง น้ำควบแน่นสามารถกลับคืนสู่พื้นดินได้ และหากมีคุณภาพดีเพียงพอ ให้ปล่อยลงสู่แหล่งน้ำใกล้เคียง

การเปลี่ยนแปลงพลังงานความร้อนของมหาสมุทร

แนวคิดในการใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิของน้ำทะเลในมหาสมุทรเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้ว คือในปี พ.ศ. 2524 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques D. Arsonval ได้ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ของท้องทะเล ในเวลานั้น หลายคนทราบเกี่ยวกับความสามารถของมหาสมุทรในการรับและเก็บพลังงานความร้อน กลไกการเกิดกระแสน้ำในมหาสมุทรและความสม่ำเสมอหลักในการก่อตัวของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและชั้นน้ำลึกเป็นที่รู้จักกัน

การใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิเป็นไปได้ในสามทิศทางหลัก: การแปลงโดยตรงตามองค์ประกอบความร้อน การแปลงความร้อนเป็นพลังงานกลในเครื่องจักรความร้อน และการแปลงเป็นพลังงานกลในเครื่องจักรไฮดรอลิกโดยใช้ความแตกต่างของความหนาแน่นของน้ำอุ่นและน้ำเย็น

ข้อดี:

แทบไม่ต้องบำรุงรักษา

ข้อดีอย่างหนึ่งของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพคือ เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่า 20 เท่าเมื่อผลิตไฟฟ้าในปริมาณเท่ากัน ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโลก

ข้อได้เปรียบหลักของพลังงานความร้อนใต้พิภพคือความไม่เพียงพอในทางปฏิบัติและความเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จากสภาพแวดล้อม เวลาของวันและปี

ปัญหาที่เกิดขึ้นเมื่อใช้น้ำร้อนใต้ดินคืออะไร? สิ่งสำคัญคือต้องฉีดน้ำเสียกลับเข้าไปในชั้นหินอุ้มน้ำใต้ดินอีกครั้ง น้ำร้อนประกอบด้วยเกลือจำนวนมากของโลหะที่เป็นพิษ (เช่น โบรอน ตะกั่ว สังกะสี แคดเมียม สารหนู) และสารประกอบเคมี (แอมโมเนีย ฟีนอล) ซึ่งไม่รวมถึงการปล่อยน้ำเหล่านี้เข้าสู่ระบบน้ำธรรมชาติที่อยู่บนพื้นผิว .

2.7. พลังงานแสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานอย่างไร:

แสงอาทิตย์ เซลล์ (SCs) ทำจากวัสดุที่เปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าโดยตรง เซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันส่วนใหญ่ทำจากซิลิกอน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการพัฒนาวัสดุชนิดใหม่สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางที่ทำจากคอปเปอร์-อินเดียม-ไดเซลีไนด์และ CdTe (แคดเมียม เทลลูไรด์) SC เหล่านี้เพิ่งถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เช่นกัน

ข้อดี:

พลังงานของดวงอาทิตย์เกือบจะไม่มีที่สิ้นสุด

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ปลอดภัยต่อมนุษย์และธรรมชาติ

ข้อเสีย: โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ทำงานในเวลากลางคืนและไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงเช้าและเย็นพลบค่ำ ในขณะเดียวกัน การใช้พลังงานสูงสุดจะลดลงในช่วงเย็น นอกจากนี้ กำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าอาจผันผวนอย่างมากและไม่คาดคิดอันเนื่องมาจากสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากค่าคงที่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ค่อนข้างต่ำ พลังงานแสงอาทิตย์จึงจำเป็นต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับโรงไฟฟ้า (เช่น สำหรับโรงไฟฟ้าขนาด 1 GW อาจมีหลายสิบตารางกิโลเมตร) แม้จะมีความสะอาดของสิ่งแวดล้อมของพลังงานที่ได้รับ เซลล์แสงอาทิตย์เองก็มีสารพิษ เช่น ตะกั่ว แคดเมียม แกลเลียม สารหนู ฯลฯ และการผลิตของพวกเขาใช้สารอันตรายอื่นๆ เป็นจำนวนมาก โฟโตเซลล์สมัยใหม่มีอายุการใช้งานที่จำกัด (30-50 ปี) และในไม่ช้าการใช้งานจำนวนมากจะทำให้เกิดปัญหาที่ยุ่งยากในการกำจัดทิ้ง ซึ่งยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

2.8.พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์ (พลังงานปรมาณู) พลังงานภายในของนิวเคลียสของอะตอมที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ (ปฏิกิริยานิวเคลียร์) การใช้พลังงานนิวเคลียร์ขึ้นอยู่กับการดำเนินการของปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของนิวเคลียสหนักและปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัส - การหลอมรวมของนิวเคลียสของแสง ทั้งปฏิกิริยาเหล่านั้นและปฏิกิริยาอื่นๆ มาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียสหนึ่งนิวเคลียส จะมีการปล่อยพลังงานประมาณ 200 MeV ด้วยฟิชชันที่สมบูรณ์ของนิวเคลียสที่อยู่ในยูเรเนียม 1 กรัม พลังงานจะถูกปล่อยออกมา 2.3 * 104 kWh ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้ถ่านหิน 3 ตันหรือน้ำมัน 2.5 ตัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแบบควบคุมถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ข้อดี:

ต่ำและยั่งยืน (เทียบกับต้นทุนเชื้อเพลิง) ราคาไฟฟ้า;

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมปานกลาง

ข้อเสียของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์:

เชื้อเพลิงที่ฉายรังสีเป็นอันตราย ซึ่งต้องใช้มาตรการและการจัดเก็บซ้ำที่ซับซ้อนและมีราคาแพง

โหมดการทำงานที่ไม่พึงประสงค์พร้อมกำลังแปรผันสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานด้วยนิวตรอนความร้อน

ด้วยโอกาสเกิดเหตุการณ์ต่ำ ผลที่ตามมานั้นรุนแรงมาก

การลงทุนขนาดใหญ่ทั้งแบบเฉพาะเจาะจงต่อ 1 เมกะวัตต์ของกำลังการผลิตติดตั้งสำหรับหน่วยที่มีกำลังการผลิตน้อยกว่า 700-800 เมกะวัตต์และทั่วไปซึ่งจำเป็นสำหรับการก่อสร้างสถานีโครงสร้างพื้นฐานและในกรณีที่มีการชำระบัญชี

ทางเลือกทั้งหมดข้างต้นสำหรับน้ำมันมีอย่างหนึ่ง แต่ข้อเสียที่สำคัญมากคือ น้ำมันเหล่านี้ไม่สามารถทดแทนน้ำมันเป็นแหล่งพลังงานได้อย่างสมบูรณ์ เฉพาะการใช้พลังงานแสนสาหัสเท่านั้นที่สามารถช่วยได้ในสถานการณ์เช่นนี้

2.9. พลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์

พลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์ที่มีส่วนร่วมของฮีเลียม 3 เป็นพลังงานที่ปลอดภัยและมีคุณภาพสูง

ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ การปล่อยพลังงานในระหว่างการหลอมนิวเคลียสของอะตอมของแสงของดิวเทอเรียม ทริเทียม หรือลิเธียมกับการก่อตัวของฮีเลียมเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าเทอร์โมนิวเคลียร์เนื่องจากสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น มิฉะนั้น แรงผลักไฟฟ้าไม่อนุญาตให้นิวเคลียสเข้าใกล้กันมากจนแรงดึงดูดของนิวเคลียร์เริ่มออกฤทธิ์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเป็นแหล่งพลังงานของดาวฤกษ์ ปฏิกิริยาเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจน การใช้เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมบนโลกนี้จะทำให้มนุษยชาติเป็นแหล่งพลังงานใหม่ที่ไม่มีวันหมดสิ้น สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดในแง่นี้คือปฏิกิริยาฟิวชันของดิวเทอเรียมและทริเทียม

หากคุณใช้ดิวเทอเรียมกับไอโซโทปของฮีเลียม-3 ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันแทนวัสดุที่ใช้ในพลังงานนิวเคลียร์ ความเข้มของฟลักซ์นิวตรอนลดลง 30 เท่า ดังนั้นจึงทำให้แน่ใจได้ว่าอายุการใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์จะอยู่ที่ 30-40 ปี (ปริมาณรังสีที่ปล่อยออกมาจะลดลงตามลำดับ) หลังจากการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ฮีเลียมเสร็จสิ้นแล้ว จะไม่มีของเสียในระดับสูงเกิดขึ้น และกัมมันตภาพรังสีขององค์ประกอบโครงสร้างจะต่ำมากจนสามารถฝังอย่างแท้จริงในกองขยะในเมืองที่โรยด้วยดินเล็กน้อย

แล้วปัญหาคืออะไร? เหตุใดเราจึงยังไม่ใช้เชื้อเพลิงฟิวชั่นที่ให้ผลกำไรเช่นนี้

ประการแรก เนื่องจากไอโซโทปนี้มีขนาดเล็กมากบนโลกของเรา มันเกิดบนดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นสาเหตุที่บางครั้งเรียกว่า "ไอโซโทปสุริยะ" มวลรวมของมันเกินกว่าน้ำหนักของโลกของเรา ฮีเลียม-3 ถูกพัดพาไปยังพื้นที่โดยรอบโดยลมสุริยะ สนามแม่เหล็กของโลกเบี่ยงเบนส่วนสำคัญของลมนี้ ดังนั้น ฮีเลียม-3 จึงเป็นเพียงแค่หนึ่งในล้านล้านของชั้นบรรยากาศของโลก - ประมาณ 4000 ตัน บนโลกเองก็น้อยกว่า - ประมาณ 500 กก.

ไอโซโทปบนดวงจันทร์ยังมีอีกมาก มีการกระจายอยู่ในดิน "regolith" บนดวงจันทร์ซึ่งในองค์ประกอบคล้ายกับตะกรันธรรมดา เรากำลังพูดถึงเรื่องใหญ่ - เงินสำรองที่แทบจะไม่มีวันหมด!

การวิเคราะห์ตัวอย่างดินหกตัวอย่างที่นำโดยการสำรวจของ Apollo และตัวอย่างสองตัวอย่างที่ส่งโดยสถานี Luna อัตโนมัติของสหภาพโซเวียตพบว่าหินรีโกลิธที่ครอบคลุมทะเลและที่ราบสูงทั้งหมดของดวงจันทร์มีฮีเลียม-3 มากถึง 106 ตัน ซึ่งจะตอบสนองความต้องการของ พลังงานของโลก เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับพลังงานสมัยใหม่หลายเท่าเป็นเวลานับพันปี! ตามการประมาณการที่ทันสมัย ปริมาณสำรองของฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์นั้นใหญ่กว่าสามเท่า - 109 ตัน

นอกจากดวงจันทร์แล้ว ฮีเลียม-3 ยังสามารถพบได้ในบรรยากาศหนาแน่นของดาวเคราะห์ยักษ์ และตามการประมาณการทางทฤษฎี ปริมาณสำรองของมันบนดาวพฤหัสบดีเพียงอย่างเดียวคือ 1,020 ตัน ซึ่งเพียงพอที่จะให้พลังงานแก่โลกได้จนกว่าจะหมดเวลา .

โครงการผลิตฮีเลียม-3

Regolith ปกคลุมดวงจันทร์ด้วยชั้นหนาหลายเมตร regolith ของทะเลจันทรคตินั้นอุดมไปด้วยฮีเลียมมากกว่า regolith ของที่ราบสูง ฮีเลียม-3 1 กิโลกรัมบรรจุอยู่ในเรโกลิธประมาณ 100,000 ตัน

ดังนั้น ในการสกัดไอโซโทปอันล้ำค่า จำเป็นต้องแปรรูปดินบนดวงจันทร์ที่ร่วนเป็นจำนวนมาก

โดยคำนึงถึงคุณสมบัติทั้งหมด เทคโนโลยีการผลิตฮีเลียม-3 ควรมีกระบวนการดังต่อไปนี้:

1. การสกัดเรโกลิธ

"ผู้เก็บเกี่ยว" แบบพิเศษจะรวบรวม regolith จากชั้นผิวที่มีความหนาประมาณ 2 ม. และส่งไปยังจุดประมวลผลหรือดำเนินการโดยตรงในกระบวนการขุด

2. การปล่อยฮีเลียมจากเรโกลิธ

เมื่อรีโกลิธถูกทำให้ร้อนถึง 600 องศาเซลเซียส 75% ของฮีเลียมที่มีอยู่ในรีโกลิธจะถูกปลดปล่อยออกมา (ถูกดูดซับ) เมื่อถูกความร้อนถึง 800 องศาเซลเซียส ฮีเลียมเกือบทั้งหมดจะถูกปลดปล่อยออกมา มีการเสนอให้ทำความร้อนด้วยฝุ่นในเตาเผาพิเศษ โดยเน้นแสงแดดด้วยเลนส์พลาสติกหรือกระจก

3. จัดส่งไปยัง Earth โดยยานอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

ในระหว่างการสกัดฮีเลียม-3 สารจำนวนมากยังถูกสกัดจากเรโกลิธ: ไฮโดรเจน น้ำ ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน มีเทน คาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งสามารถเป็นประโยชน์สำหรับการบำรุงรักษาคอมเพล็กซ์อุตสาหกรรมบนดวงจันทร์

กลุ่มของ J. Kulchinski เสนอโครงการการรวมดวงจันทร์ดวงแรกที่ออกแบบมาเพื่อประมวลผล regolith และแยกไอโซโทปฮีเลียม-3 ออกจากมัน ปัจจุบัน บริษัทเอกชนของอเมริกากำลังพัฒนาต้นแบบหลายตัว ซึ่งเห็นได้ชัดว่าจะถูกส่งเข้าร่วมการแข่งขันหลังจากที่ NASA ตัดสินใจเกี่ยวกับคุณสมบัติของการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต

เป็นที่แน่ชัดว่า นอกเหนือจากการส่งมวลรวมไปยังดวงจันทร์แล้ว พวกเขาจะต้องสร้างห้องเก็บของ ฐานที่เอื้ออาศัยได้ (เพื่อให้บริการคอมเพล็กซ์อุปกรณ์ทั้งหมด) ท่าจอดเรือ และอีกมากมาย อย่างไรก็ตาม เชื่อกันว่าค่าใช้จ่ายสูงในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่พัฒนาแล้วบนดวงจันทร์จะได้ผลดีในแง่ของวิกฤตพลังงานโลกที่กำลังจะเกิดขึ้น เมื่อผู้ให้บริการพลังงานแบบดั้งเดิม (ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ) จะ ต้องถูกทอดทิ้ง

เมื่อพิจารณาว่าน้ำมันจะหมดใน 35-40 ปี เรามีเวลามากพอที่จะดำเนินโครงการดังกล่าว และเป็นประเทศที่สามารถนำไปปฏิบัติได้ซึ่งจะเป็นผู้นำในอนาคต และหากเรารวมความพยายามเข้าด้วยกัน เราก็จะบรรลุผลลัพธ์ที่ยิ่งใหญ่กว่าและในกรอบเวลาที่รวดเร็วกว่า

แล้วทำไมต้องพลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์? เพราะมัน:

แหล่งพลังงานขนาดใหญ่ที่มีเชื้อเพลิงมากมายและมีอยู่ทุกที่

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทั่วโลกต่ำมาก - ไม่มีการปล่อย CO2

- "การทำงานทุกวัน" ของโรงไฟฟ้าไม่ต้องการการขนส่งวัสดุกัมมันตภาพรังสี

โรงไฟฟ้ามีความปลอดภัย โดยไม่มีทาง "ล่มสลาย" หรือ "ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถควบคุมได้"

ไม่มีกากกัมมันตภาพรังสีที่ไม่สร้างปัญหาให้คนรุ่นหลัง

ทำกำไรได้: ต้องใช้ดิวเทอเรียมประมาณ 100 กิโลกรัมในการผลิตพลังงาน 1 GW และลิเธียมธรรมชาติ 3 ตันเพื่อใช้ตลอดทั้งปี โดยผลิตได้ประมาณ 7 พันล้านกิโลวัตต์ต่อชั่วโมง

3.บทสรุป

ดังนั้น พลังงานจึงเป็นทรัพยากรที่สำคัญสำหรับการดำรงอยู่ของมนุษยชาติอย่างสะดวกสบาย และการสกัดพลังงานเป็นปัญหาหลักประการหนึ่งของมนุษยชาติ ตอนนี้น้ำมันถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าและเชื้อเพลิงอย่างแข็งขันแต่มันไม่ไม่มีที่สิ้นสุดและปริมาณสำรองของมันลดลงทุกปีเท่านั้น และทางเลือกที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบันไม่อนุญาตให้เปลี่ยนถ่ายน้ำมันเครื่องทั้งหมดหรือมีข้อเสียอย่างร้ายแรง

วันนี้แหล่งพลังงานแห่งเดียวที่สามารถให้พลังงานในปริมาณที่จำเป็นสำหรับมวลมนุษยชาติและในขณะเดียวกันก็ไม่มีข้อบกพร่องร้ายแรงคือพลังงานความร้อนนิวเคลียร์จากการใช้ฮีเลียม 3 เทคโนโลยีในการรับพลังงานจากปฏิกิริยานี้ลำบากและต้องใช้ การลงทุนขนาดใหญ่ แต่พลังงานที่ได้รับนั้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและคำนวณเป็นพันล้านกิโลวัตต์

หากคุณได้พลังงานราคาถูกและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม คุณสามารถเปลี่ยนน้ำมันได้มากที่สุด ตัวอย่างเช่น ละทิ้งเครื่องยนต์เบนซินให้หันมาใช้ไฟฟ้า ให้ความร้อนโดยใช้ไฟฟ้า เป็นต้น ดังนั้น น้ำมันจะเป็นวัตถุดิบในการผลิตสารเคมี เพียงพอสำหรับมนุษยชาติในอีกหลายศตวรรษข้างหน้า

ดังนั้นบนดวงจันทร์ (ซึ่งเป็นแหล่งหลักของฮีเลียม 3) จึงจำเป็นต้องสร้างอุตสาหกรรม ในการสร้างอุตสาหกรรม คุณต้องมีแผนการพัฒนา ซึ่งต้องใช้เวลาหลายปี และยิ่งคุณเริ่มเร็วเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น เพราะหากต้องทำอยู่แล้วในสถานการณ์ที่สิ้นหวัง (เช่น ช่วงวิกฤตพลังงาน) อย่างเร่งด่วนก็จะส่งผลให้รายจ่ายต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

และประเทศที่พัฒนาเร็วขึ้นในทิศทางนี้จะกลายเป็นผู้นำในอนาคต เพราะพลังงานคืออนาคต

4. รายการวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

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

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

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

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

5. http://bio.fizteh.ru/departments/physchemplasm/topl_element.html ->ทางเลือกแทนน้ำมัน? คณะฟิสิกส์โมเลกุลและชีวภาพ สถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีมอสโก "Phystech-พอร์ทัล", "Phystech-Center"

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

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

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 แหล่งพลังงานหลักและพลังงานฟิวชัน

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 - โปรแกรมดวงจันทร์ - 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/en/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 - พลังงานแสนสาหัสในการดำเนินการ

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

องค์ประกอบและโครงสร้าง

คุณสมบัติทางกายภาพ

การใช้งาน

ตัวนับนิวตรอน

เคาน์เตอร์แก๊สที่เติมฮีเลียม-3 ใช้สำหรับการตรวจจับนิวตรอน นี่เป็นวิธีการทั่วไปในการวัดฟลักซ์นิวตรอน พวกเขาตอบสนอง

น+ 3 เขา → 3 H + 1 H + 0.764 MeV

ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่มีประจุ - ไทรทันและโปรตอน - ได้รับการลงทะเบียนโดยตัวนับก๊าซที่ทำงานในโหมดของตัวนับสัดส่วนหรือตัวนับ Geiger-Muller

ได้อุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ

โดยการละลายฮีเลียมเหลว -3 ในฮีเลียม -4 จะทำให้อุณหภูมิถึงมิลลิเคลวิน

ยา

โพลาไรซ์ฮีเลียม-3 (สามารถเก็บไว้ได้นาน) เพิ่งถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กเพื่อถ่ายภาพปอดโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์

ราคา

ราคาเฉลี่ยของฮีเลียม-3 ในปี 2552 อยู่ที่ 930 ดอลลาร์ต่อลิตร

ฮีเลียม-3 เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ปฏิกิริยา 3 He + D → 4 He + p มีข้อดีหลายประการเหนือปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ทริเทียมที่ทำได้มากที่สุด T + D → 4 He + n ภายใต้สภาวะบนบก ประโยชน์เหล่านี้รวมถึง:

ข้อเสียของปฏิกิริยาฮีเลียม-ดิวเทอเรียมรวมถึงเกณฑ์อุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ต้องมีอุณหภูมิประมาณหนึ่งพันล้านองศาก่อนจึงจะสามารถเริ่มต้นได้

ปัจจุบันฮีเลียม -3 ไม่ได้ถูกสกัดจากแหล่งธรรมชาติ แต่ถูกสร้างขึ้นโดยวิธีเทียมระหว่างการสลายตัวของไอโซโทป หลังถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้เป็นอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์โดยการฉายรังสีโบรอน-10 และลิเธียม-6 ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

แผนการขุดฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์

ฮีเลียม-3 เป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ บนโลก มีการขุดในปริมาณที่น้อยมาก ประมาณหลายสิบกรัมต่อปี

ไม่เสถียร (น้อยกว่าหนึ่งวัน): 5 เขา: ฮีเลียม-5, 6 เขา: ฮีเลียม-6, 7 เขา: ฮีเลียม-7, 8 เขา: ฮีเลียม-8, 9 เขา: ฮีเลียม-9, 10 เขา: ฮีเลียม-10

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010 .

ดูว่า "ฮีเลียม-3" ในพจนานุกรมอื่นคืออะไร:

- (lat. ฮีเลียม) เขาเป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม VIII ของระบบธาตุเลขอะตอม 2 มวลอะตอม 4.002602 เป็นของก๊าซมีตระกูล ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ความหนาแน่น 0.178 g/l. การทำให้เป็นของเหลวยากกว่าก๊าซที่ทราบทั้งหมด (ที่อุณหภูมิ 268.93 ° C) ... ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

- (กรีกจากดวงอาทิตย์ helyos). วัตถุพื้นฐานที่ค้นพบในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์และปรากฏอยู่บนโลกในแร่ธาตุหายากบางชนิด มีอยู่ในอากาศในปริมาณเล็กน้อย พจนานุกรมคำต่างประเทศรวมอยู่ในภาษารัสเซีย Chudinov A.N ... พจนานุกรมคำต่างประเทศของภาษารัสเซีย

- (สัญลักษณ์ He) ซึ่งเป็นธาตุที่ไม่ใช่โลหะของแก๊ส NOBLE GAS ค้นพบในปี 1868 ได้มาจากแร่ Clevit (ความหลากหลายของยูเรไนต์) ในปี 1895 ปัจจุบันแหล่งที่มาหลักของมันคือก๊าซธรรมชาติ ยังมีอยู่ใน... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

ฉันสามี , เก่า Eliy, I. Father: Gelievich, Gelievna อนุพันธ์: Gelya (Gela); Elya ที่มา: (จากภาษากรีก hēlios sun.) วันที่ชื่อ: 27 กรกฎาคม พจนานุกรมชื่อบุคคล ฮีเลียม ดูเอลเลียส เดย์ แองเจิล. อ้างอิง … พจนานุกรมชื่อบุคคล

ฮีเลียม- เคมี องค์ประกอบสัญลักษณ์ เขา (lat. ฮีเลียม) ที่. น. 2, ที่. ม. 4.002 หมายถึงก๊าซเฉื่อย (มีตระกูล) ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ความหนาแน่น 0.178 กก./ลบ.ม. ภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรเจนเป็นก๊าซโมเลกุลเดี่ยว ซึ่งอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนสองตัว ก่อตัว... สารานุกรมสารานุกรมอันยิ่งใหญ่

ฮีเลียม-3. วลีที่แปลกและเข้าใจยาก อย่างไรก็ตาม ยิ่งเราไปไกลเท่าไหร่ เราก็ยิ่งได้ยินมันมากขึ้นเท่านั้น เพราะตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ฮีเลียม-3 จะช่วยโลกของเราจากวิกฤตพลังงานที่กำลังจะเกิดขึ้น และในองค์กรนี้ บทบาทที่แข็งขันที่สุดให้กับรัสเซีย

ดวงจันทร์

พลังงานความร้อนนิวเคลียร์ที่มีแนวโน้มดีซึ่งใช้ปฏิกิริยาฟิวชันดิวเทอเรียม-ไอโซโทปเป็นพื้นฐาน แม้ว่าจะปลอดภัยกว่าพลังงานนิวเคลียร์ฟิชชันซึ่งใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สมัยใหม่ แต่ก็ยังมีข้อเสียที่สำคัญหลายประการ

ประการแรกปฏิกิริยานี้จะปล่อยนิวตรอนพลังงานสูงจำนวนมากขึ้น (ตามลำดับความสำคัญ!) ไม่มีวัสดุใดที่รู้จักสามารถทนต่อฟลักซ์นิวตรอนที่รุนแรงเช่นนี้ได้นานกว่าหกปี - แม้ว่าจะเหมาะสมที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ด้วยทรัพยากรอย่างน้อย 30 ปีก็ตาม ดังนั้น จะต้องเปลี่ยนผนังแรกของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นทริเทียม - และนี่เป็นขั้นตอนที่ซับซ้อนและมีราคาแพงมาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปิดเตาปฏิกรณ์เป็นระยะเวลาค่อนข้างนาน
ประการที่สองจำเป็นต้องป้องกันระบบแม่เหล็กของเครื่องปฏิกรณ์จากการแผ่รังสีนิวตรอนอันทรงพลัง ซึ่งทำให้ซับซ้อนและทำให้ต้นทุนของการออกแบบเพิ่มขึ้น
ประการที่สามองค์ประกอบหลายอย่างของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ไอโซโทปหลังจากสิ้นสุดการทำงานจะมีการใช้งานสูงและจะต้องฝังเป็นเวลานานในโรงเก็บที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อการนี้

ในกรณีของการใช้ดิวเทอเรียมกับไอโซโทปฮีเลียม-3 แทนไอโซโทปในเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ ปัญหาส่วนใหญ่สามารถแก้ไขได้ ความเข้มของฟลักซ์นิวตรอนลดลง 30 เท่า จึงสามารถรับประกันอายุการใช้งาน 30-40 ปีได้อย่างง่ายดาย หลังจากการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ฮีเลียมเสร็จสิ้นแล้ว จะไม่มีของเสียในระดับสูงเกิดขึ้น และกัมมันตภาพรังสีขององค์ประกอบโครงสร้างจะต่ำมากจนสามารถฝังอย่างแท้จริงในกองขยะในเมืองที่โรยด้วยดินเล็กน้อย

อะไรคือปัญหา? เหตุใดเราจึงยังไม่ใช้เชื้อเพลิงฟิวชั่นที่ให้ผลกำไรเช่นนี้

การวิเคราะห์ตัวอย่างดินหกตัวอย่างที่นำโดยการสำรวจของ Apollo และตัวอย่างสองตัวอย่างที่จัดส่งโดยสถานีอัตโนมัติของสหภาพโซเวียต " ดวงจันทร์” แสดงให้เห็นว่า regolith ครอบคลุมทะเลและที่ราบสูงทั้งหมดของดวงจันทร์มีฮีเลียม-3 มากถึง 106 ตันซึ่งจะตอบสนองความต้องการพลังงานของโลกแม้จะเพิ่มขึ้นหลายเท่าเมื่อเทียบกับสมัยใหม่เป็นเวลานับพันปี! ตามการประมาณการที่ทันสมัย ปริมาณสำรองของฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์นั้นใหญ่กว่าสามเท่า - 109 ตัน

โครงการผลิตฮีเลียม-3

1. การสกัดเรโกลิธ

2. การปล่อยฮีเลียมจากเรโกลิธ

3. จัดส่งไปยัง Earth โดยยานอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

ปัญหาทางเทคโนโลยีหลัก

ระหว่างทางสร้างพลังงานจากฮีเลียม-3 มีปัญหาสำคัญประการหนึ่ง ความจริงก็คือปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ฮีเลียม-3 นั้นยากที่จะนำไปใช้มากกว่าปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ไอโซโทป

ประการแรก เป็นการยากที่จะจุดชนวนส่วนผสมของไอโซโทปเหล่านี้ อุณหภูมิที่คำนวณได้ซึ่งปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์จะดำเนินการในส่วนผสมของดิวเทอเรียม-ทริเทียมคือ 100-200 ล้านองศา เมื่อใช้ฮีเลียม-3 อุณหภูมิที่ต้องการจะสูงกว่าสองระดับ อันที่จริง เราต้องจุดดวงอาทิตย์ดวงเล็กๆ บนโลก

อย่างไรก็ตาม ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ (ครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา) แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สร้างขึ้นตามลำดับความสำคัญในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ในปี 1990 ฮีเลียม-3 ถูกเผาที่ European JET tokamak ในขณะที่พลังงานที่ได้คือ 140 กิโลวัตต์ ในเวลาเดียวกัน TFTR ของ tokamak ของอเมริกาถึงอุณหภูมิที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาในส่วนผสมของดิวเทอเรียม-ฮีเลียม

อย่างไรก็ตาม จุดชนวนส่วนผสมมีชัยไปกว่าครึ่ง ข้อเสียของพลังงานแสนสาหัสคือความยากลำบากในการได้รับผลตอบแทนในทางปฏิบัติ เนื่องจากร่างกายที่ทำงานนั้นได้รับความร้อนจากพลาสม่าถึงหลายล้านองศา ซึ่งต้องเก็บไว้ในสนามแม่เหล็ก

การทดลองทำให้เชื่องด้วยพลาสม่าได้ดำเนินการมาเป็นเวลาหลายสิบปี แต่เมื่อปลายเดือนมิถุนายนปีที่แล้วในกรุงมอสโก ผู้แทนของหลายประเทศได้ลงนามในข้อตกลงเกี่ยวกับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ (ITER) ทางตอนใต้ของฝรั่งเศสใน เมือง Cadarache ซึ่งเป็นต้นแบบของโรงไฟฟ้าเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ใช้งานได้จริง ITER จะใช้ดิวเทอเรียมและทริเทียมเป็นเชื้อเพลิง

เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันฮีเลียม-3 จะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า ITER และจนถึงขณะนี้ยังไม่อยู่ในโครงการ และแม้ว่าผู้เชี่ยวชาญหวังว่าเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบฮีเลียม-3 จะปรากฏขึ้นในอีก 20-30 ปีข้างหน้า ในขณะที่เทคโนโลยีนี้ยังคงเป็นจินตนาการล้วนๆ

ผู้เชี่ยวชาญวิเคราะห์ปัญหาการผลิตฮีเลียม-3 ในระหว่างการพิจารณาเกี่ยวกับการสำรวจและสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต ซึ่งจัดขึ้นในเดือนเมษายน 2547 ในคณะอนุกรรมการอวกาศและการบินของคณะกรรมการวิทยาศาสตร์ของสภาผู้แทนราษฎรแห่งรัฐสภาคองเกรสแห่งสหรัฐอเมริกา ข้อสรุปของพวกเขาชัดเจน: แม้แต่ในอนาคตอันไกลโพ้น การสกัดฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์ก็ไร้ประโยชน์โดยสิ้นเชิง

ตามที่ John Logsdon ผู้อำนวยการสถาบันนโยบายอวกาศในวอชิงตันกล่าวว่า “ชุมชนอวกาศของสหรัฐฯ ไม่คิดว่าการขุดฮีเลียม-3 เป็นข้ออ้างที่ร้ายแรงในการกลับไปยังดวงจันทร์ การบินไปที่นั่นสำหรับไอโซโทปนี้เหมือนกับการส่งโคลัมบัสไปอินเดียเพื่อผลิตยูเรเนียมเมื่อห้าร้อยปีก่อน เขาสามารถนำมันมาได้ และเขาก็จะนำมันมา เพียงไม่กี่ร้อยปีเท่านั้นที่ไม่มีใครรู้ว่าจะทำอย่างไรกับมัน

การขุดฮีเลียม-3 เป็นโครงการระดับชาติ

“ตอนนี้เรากำลังพูดถึงพลังงานแสนสาหัสแห่งอนาคตและเชื้อเพลิงชนิดใหม่ทางนิเวศวิทยาที่ไม่สามารถผลิตได้บนโลก เรากำลังพูดถึงการพัฒนาอุตสาหกรรมของดวงจันทร์สำหรับการสกัดฮีเลียม-3

คำแถลงนี้โดยหัวหน้า บริษัท Energia จรวดและอวกาศ Nikolai Sevastyanov ถูกมองว่าเป็นผู้สังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์ของรัสเซียว่าเป็นแอปพลิเคชันสำหรับการก่อตัวของ "โครงการระดับชาติ" ใหม่

อันที่จริงหนึ่งในหน้าที่หลักของรัฐโดยเฉพาะอย่างยิ่งในศตวรรษที่ 20 คือการกำหนดภารกิจเพื่อสังคมอย่างแม่นยำโดยปริยาย สิ่งนี้ยังนำไปใช้กับรัฐโซเวียต: การผลิตไฟฟ้า, อุตสาหกรรม, การสร้างระเบิดปรมาณู, ดาวเทียมดวงแรก, การเปลี่ยนแปลงของแม่น้ำ

วันนี้ในสหพันธรัฐรัสเซีย รัฐกำลังพยายาม แต่ไม่สามารถกำหนดงานที่ใกล้จะถึงสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ รัฐต้องการใครสักคนเพื่อแสดงเป็นโครงการทั่วประเทศและแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ที่ได้รับจากโครงการนี้ในทางทฤษฎี โครงการพัฒนาและผลิตฮีเลียม-3 จากดวงจันทร์มายังโลกเพื่อจัดหาพลังงานแสนสาหัสด้วยเชื้อเพลิงตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้

Alexander Zakharov ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ เลขาธิการวิทยาศาสตร์ของสถาบันวิจัยอวกาศแห่ง Russian Academy of Sciences กล่าวว่า "ฉันคิดว่ามีปัญหาทางเทคโนโลยีที่สำคัญบางอย่างที่ขาดแคลน" - บางทีด้วยเหตุนี้ การพูดคุยทั้งหมดเกี่ยวกับการผลิตฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์สำหรับพลังงานแสนสาหัสจึงเพิ่งเกิดขึ้น ถ้า ดวงจันทร์- แหล่งแร่ธาตุและจากที่นั่นเพื่อบรรทุกฮีเลียม -3 นี้ แต่มีพลังงานไม่เพียงพอบนโลก ... ทั้งหมดนี้เป็นที่เข้าใจได้ฟังดูดีมาก และด้วยเหตุนี้ อาจเป็นเรื่องง่ายที่จะเกลี้ยกล่อมผู้มีอิทธิพลให้จัดสรรเงิน ฉันคิดอย่างนั้น".

ไอโซโทปนี้วางแผนที่จะขุดบนดวงจันทร์ตามความต้องการของพลังงานแสนสาหัส อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้น อย่างไรก็ตาม ฮีเลียม-3 เป็นที่ต้องการอย่างมากในปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการแพทย์

วลาดิเมียร์ เทสเลนโก

ปริมาณฮีเลียม-3 ทั้งหมดในชั้นบรรยากาศของโลกอยู่ที่ประมาณ 35,000 ตันเท่านั้น มันไหลจากเสื้อคลุมสู่ชั้นบรรยากาศ (ผ่านภูเขาไฟและรอยเลื่อนในเปลือกโลก) หลายกิโลกรัมต่อปี ใน regolith ของดวงจันทร์ ฮีเลียม-3 ค่อยๆ สะสมเป็นเวลาหลายร้อยล้านปีจากการสัมผัสกับลมสุริยะ เป็นผลให้ดินบนดวงจันทร์จำนวนหนึ่งมีฮีเลียม -3 0.01 กรัมและฮีเลียม -4 28 กรัม อัตราส่วนไอโซโทปนี้ (~0.04%) สูงกว่าในชั้นบรรยากาศของโลกมาก

แผนการทะเยอทะยานในการสกัดฮีเลียม -3 บนดวงจันทร์ซึ่งไม่เพียงแต่ได้รับการพิจารณาอย่างจริงจังโดยผู้นำอวกาศ (รัสเซียและสหรัฐอเมริกา) แต่ยังรวมถึงผู้มาใหม่ (จีนและอินเดีย) ด้วย เชื่อมโยงกับความหวังที่วางอยู่บนไอโซโทปนี้ โดยอุตสาหกรรมพลังงาน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ 3He+D→4He+p มีข้อดีหลายประการเหนือปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ทริเทียมที่ทำได้มากที่สุด T+D→4He+n ภายใต้สภาวะบนบก

ข้อดีเหล่านี้รวมถึงฟลักซ์นิวตรอนที่ต่ำกว่าสิบเท่าจากโซนปฏิกิริยา ซึ่งช่วยลดกัมมันตภาพรังสีที่เหนี่ยวนำและการเสื่อมสภาพของวัสดุโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างมาก นอกจากนี้ หนึ่งในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา โปรตอน ซึ่งแตกต่างจากนิวตรอน ถูกจับได้ง่ายและสามารถใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมได้ ในเวลาเดียวกัน ทั้งฮีเลียม-3 และดิวเทอเรียมไม่ทำงาน การเก็บรักษาไม่จำเป็นต้องมีข้อควรระวังพิเศษ และในกรณีที่เครื่องปฏิกรณ์เกิดอุบัติเหตุโดยมีการลดแรงดันของแกนกลาง กัมมันตภาพรังสีของการปลดปล่อยจะใกล้ศูนย์ ปฏิกิริยาฮีเลียม - ดิวเทอเรียมยังมีข้อเสียเปรียบอย่างร้ายแรง - เกณฑ์อุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (ต้องใช้อุณหภูมิหนึ่งพันล้านองศาเพื่อเริ่มปฏิกิริยา)

แม้ว่าทั้งหมดนี้เป็นเรื่องของอนาคต แต่ฮีเลียม-3 เป็นที่ต้องการอย่างมากแม้ในขณะนี้ จริง ไม่ใช่เพื่อพลังงาน แต่สำหรับฟิสิกส์นิวเคลียร์ อุตสาหกรรมแช่แข็งและการแพทย์

การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก

นับตั้งแต่เริ่มใช้ในวงการแพทย์ การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ได้กลายเป็นวิธีการวินิจฉัยหลักวิธีหนึ่งที่ช่วยให้คุณสามารถมอง "ภายใน" อวัยวะต่างๆ ได้โดยไม่มีอันตรายใดๆ

มวลประมาณ 70% ของร่างกายมนุษย์ตกจากไฮโดรเจน ซึ่งเป็นนิวเคลียสซึ่งโปรตอนมีสปินและโมเมนต์แม่เหล็กที่เกี่ยวข้อง หากวางโปรตอนไว้ในสนามแม่เหล็กคงที่ภายนอก การหมุนและโมเมนต์แม่เหล็กจะวางแนวตามสนามหรือไปทางนั้น และพลังงานของโปรตอนในกรณีแรกจะน้อยกว่าในวินาที โปรตอนสามารถถ่ายโอนจากสถานะแรกไปยังสถานะที่สองได้โดยการถ่ายโอนพลังงานที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดซึ่งเท่ากับความแตกต่างระหว่างระดับพลังงานเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น โดยการฉายรังสีด้วยควอนตาแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่หนึ่ง

วิธีการดึงดูดฮีเลียม-3

วิธีที่ง่ายและตรงที่สุดในการดึงดูดฮีเลียม-3 คือการทำให้เย็นลงในสนามแม่เหล็กที่แรง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีประสิทธิภาพต่ำมาก นอกจากนี้ ยังต้องใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงและอุณหภูมิต่ำ ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงใช้วิธีการสูบน้ำด้วยแสง - การถ่ายโอนการหมุนไปยังอะตอมฮีเลียมจากโฟตอนปั๊มโพลาไรซ์ ในกรณีของฮีเลียม-3 สิ่งนี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน: การสูบน้ำด้วยแสงในสถานะ metastable และการแลกเปลี่ยนการหมุนระหว่างอะตอมของฮีเลียมในพื้นดินและสถานะที่แพร่กระจายได้ ในทางเทคนิค สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากการฉายรังสีเซลล์ด้วยฮีเลียม-3 ถูกถ่ายโอนไปยังสถานะ metastable โดยการคายประจุไฟฟ้าความถี่สูงที่อ่อนแอ โดยมีการแผ่รังสีเลเซอร์แบบโพลาไรเซชันแบบวงกลมในที่ที่มีสนามแม่เหล็กอ่อน ฮีเลียมโพลาไรซ์สามารถเก็บไว้ในภาชนะที่หุ้มด้วยซีเซียมที่ความดัน 10 บรรยากาศเป็นเวลาประมาณ 100 ชั่วโมง

นี่เป็นวิธีการทำงานของเครื่องสแกน MRI เพียงแต่ตรวจไม่พบโปรตอนแต่ละตัว หากเราวางตัวอย่างที่มีโปรตอนจำนวนมากในสนามแม่เหล็กกำลังสูง จำนวนโปรตอนที่มีโมเมนต์แม่เหล็กพุ่งตรงไปและตรงข้ามกับสนามจะเท่ากันโดยประมาณ หากเราเริ่มฉายรังสีตัวอย่างนี้ด้วยการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด โปรตอนทั้งหมดที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก (และหมุน) "ตามสนาม" จะพลิกกลับโดยเข้าสู่ตำแหน่ง "สู่สนาม" ในกรณีนี้จะมีการดูดซับพลังงานด้วยจังหวะและในระหว่างกระบวนการกลับสู่สถานะเริ่มต้นที่เรียกว่าการผ่อนคลายจะมีการปล่อยพลังงานที่ได้รับออกมาใหม่ซึ่งสามารถตรวจจับได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ NMR โพลาไรซ์เฉลี่ยของสารซึ่งสัญญาณที่เป็นประโยชน์ขึ้นอยู่กับ NMR เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของสนามแม่เหล็กภายนอก ในการรับสัญญาณที่สามารถตรวจจับและแยกออกจากสัญญาณรบกวนได้ จำเป็นต้องใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด - มีเพียงมันเท่านั้นที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำของลำดับ 1-3 T

ก๊าซแม่เหล็ก

MR tomograph "เห็น" กลุ่มโปรตอน ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการศึกษาและวินิจฉัยเนื้อเยื่ออ่อนและอวัยวะที่มีไฮโดรเจนจำนวนมาก (ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของน้ำ) และยังทำให้สามารถแยกแยะคุณสมบัติทางแม่เหล็กของโมเลกุลได้ ด้วยวิธีนี้ คุณสามารถพูดแยกแยะเลือดแดงที่มีเฮโมโกลบิน (ตัวพาออกซิเจนหลักในเลือด) จากเลือดดำที่มีพาราแมกเนติกดีออกซีเฮโมโกลบิน ซึ่งเป็นพื้นฐานของ fMRI (functional MRI) ซึ่งช่วยให้คุณติดตามการทำงานของสมอง เซลล์ประสาท

แต่อนิจจาเทคนิคที่ยอดเยี่ยมเช่น MRI ไม่เหมาะสำหรับการศึกษาปอดที่เต็มไปด้วยอากาศ (แม้ว่าคุณจะเติมไฮโดรเจนลงในนั้น แต่สัญญาณจากตัวกลางที่เป็นก๊าซที่มีความหนาแน่นต่ำจะอ่อนแอเกินไปเมื่อเทียบกับพื้นหลังของเสียง) และเนื้อเยื่ออ่อนของปอดนั้นมองไม่เห็นด้วยความช่วยเหลือของ MRI เพราะพวกมันมี "รูพรุน" และมีไฮโดรเจนอยู่เล็กน้อย

เป็นไปได้ไหมที่จะข้ามข้อ จำกัด นี้? เป็นไปได้ถ้าคุณใช้ก๊าซ "แม่เหล็ก" - ในกรณีนี้ โพลาไรซ์เฉลี่ยจะไม่ถูกกำหนดโดยสนามภายนอก เนื่องจากโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมด (หรือเกือบทั้งหมด) จะถูกวางในทิศทางเดียว และนี่ไม่ใช่นิยายเลย: ในปี 1966 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Alfred Kastler ได้รับรางวัลโนเบลด้วยถ้อยคำว่า เขาจัดการกับปัญหาของการโพลาไรซ์เชิงแสงของระบบการหมุน - นั่นคือเพียง "การทำให้เป็นแม่เหล็ก" ของก๊าซ (โดยเฉพาะฮีเลียม-3) โดยใช้การสูบด้วยแสงในระหว่างการดูดกลืนโฟตอนด้วยโพลาไรซ์แบบวงกลม

เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ใช้คุณสมบัติทางแม่เหล็กของนิวเคลียสไฮโดรเจน - โปรตอน หากไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก โมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนจะถูกกำหนดทิศทางโดยพลการ (ดังในภาพแรก) เมื่อใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง โมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนจะวางแนวขนานกับสนาม ไม่ว่าจะ "ตาม" หรือ "ไปทาง" ทั้งสองตำแหน่งนี้มีพลังงานต่างกัน (2) พัลส์ความถี่วิทยุที่มีความถี่เรโซแนนซ์ที่สอดคล้องกับความแตกต่างของพลังงาน "เปลี่ยน" โมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอน "สู่" สนาม (3) หลังจากสิ้นสุดชีพจรความถี่วิทยุจะเกิดการ "พลิกกลับ" ย้อนกลับและโปรตอนจะปล่อยออกมาที่ความถี่เรโซแนนซ์ สัญญาณนี้ได้รับโดยระบบความถี่วิทยุของโทโมกราฟและคอมพิวเตอร์ใช้เพื่อสร้างภาพ (4)

หายใจเข้าลึกๆ

การใช้ก๊าซโพลาไรซ์ในการแพทย์บุกเบิกโดยกลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและมหาวิทยาลัยนิวยอร์กที่ Stony Brook ในปี 1994 นักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Nature ที่แสดงภาพ MRI แรกของปอดของหนู

จริงอยู่ที่ MRI ไม่ได้มาตรฐาน เทคนิคนี้มีพื้นฐานมาจากการตอบสนองไม่ใช่ของนิวเคลียสของไฮโดรเจน (โปรตอน) แต่ของนิวเคลียสซีนอน-129 นอกจากนี้ก๊าซนั้นไม่ธรรมดา แต่เป็นไฮเปอร์โพลาไรซ์นั่นคือ "ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก" ล่วงหน้า ดังนั้นวิธีการวินิจฉัยแบบใหม่จึงถือกำเนิดขึ้นซึ่งในไม่ช้าก็เริ่มใช้ในยาของมนุษย์

ก๊าซไฮเปอร์โพลาไรซ์ (มักผสมกับออกซิเจน) จะเข้าสู่มุมที่ไกลที่สุดของปอด ซึ่งทำให้ได้ภาพ MRI ด้วยความละเอียดที่สูงกว่ารังสีเอกซ์ที่ดีที่สุด เป็นไปได้ที่จะสร้างแผนที่โดยละเอียดของความดันบางส่วนของออกซิเจนในแต่ละพื้นที่ของปอด จากนั้นจึงสรุปเกี่ยวกับคุณภาพของการไหลเวียนของเลือดและการแพร่กระจายของออกซิเจนในเส้นเลือดฝอย เทคนิคนี้ทำให้สามารถศึกษาธรรมชาติของการช่วยหายใจในปอดในผู้ป่วยโรคหอบหืด และเพื่อควบคุมกระบวนการหายใจของผู้ป่วยวิกฤตที่ระดับถุงลม

MRI ทำงานอย่างไร เครื่องสแกน MRI ตรวจจับกลุ่มโปรตอน - นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน ดังนั้น การถ่ายภาพด้วย MR จึงแสดงให้เห็นความแตกต่างในเนื้อหาของไฮโดรเจน (ส่วนใหญ่เป็นน้ำ) ในเนื้อเยื่อต่างๆ มีวิธีอื่นในการแยกแยะเนื้อเยื่อหนึ่งจากอีกเนื้อเยื่อหนึ่ง (กล่าวคือ ความแตกต่างในคุณสมบัติของแม่เหล็ก) ซึ่งใช้ในการศึกษาเฉพาะทาง

ข้อดีของ MRI ที่ใช้ก๊าซไฮเปอร์โพลาไรซ์ไม่ได้จำกัดอยู่แค่นี้ เนื่องจากก๊าซเป็นไฮเปอร์โพลาไรซ์ ระดับสัญญาณที่มีประโยชน์จึงสูงกว่ามาก (ประมาณ 10,000 เท่า) ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง และนำไปสู่การออกแบบที่เรียกว่าเครื่องสแกน MRI สนามต่ำ ซึ่งมีราคาถูกกว่า เคลื่อนที่ได้มากกว่า และกว้างขวางกว่ามาก ในการติดตั้งดังกล่าว แม่เหล็กไฟฟ้าถูกใช้เพื่อสร้างฟิลด์ที่ 0.005 T ซึ่งน้อยกว่าเครื่องสแกน MRI มาตรฐานหลายร้อยเท่า

อุปสรรคเล็กๆ

แม้ว่าการทดลองครั้งแรกในพื้นที่นี้จะดำเนินการด้วยซีนอน-129 ไฮเปอร์โพลาไรซ์ แต่ก็ถูกแทนที่ด้วยฮีเลียม-3 ในไม่ช้า ไม่เป็นอันตราย สร้างภาพที่คมชัดกว่าซีนอน-129 และมีโมเมนต์แม่เหล็ก 3 เท่า ส่งผลให้สัญญาณ NMR แรงขึ้น นอกจากนี้ การเพิ่มสมรรถนะของซีนอน-129 อันเนื่องมาจากความใกล้ชิดของมวลกับไอโซโทปซีนอนอื่นๆ เป็นกระบวนการที่มีราคาแพง และโพลาไรเซชันของก๊าซที่ทำได้นั้นต่ำกว่าฮีเลียม-3 อย่างมาก นอกจากนี้ xenon-129 ยังมีผลกดประสาท

แต่ถ้าเครื่องเอกซเรย์ระยะชัดต่ำทำได้ง่ายและราคาถูก เหตุใดจึงไม่ใช้ MRI ฮีเลียมไฮเปอร์โพลาไรซ์ในทุกคลินิกในตอนนี้ มีอุปสรรคอย่างหนึ่ง แต่อะไร!

มรดกสงครามเย็น

วิธีเดียวที่จะได้ฮีเลียม-3 คือการสลายตัวของไอโซโทป สต็อกของ 3He ส่วนใหญ่เกิดจากการสลายตัวของไอโซโทปที่เกิดขึ้นระหว่างการแข่งขันอาวุธนิวเคลียร์ในช่วงสงครามเย็น ในสหรัฐอเมริกา ภายในปี 2546 มีการสะสมฮีเลียม-3 "ดิบ" (ไม่บริสุทธิ์) ประมาณ 260,000 ลิตร และภายในปี 2553 เหลือก๊าซที่ไม่ได้ใช้เพียง 12,000 ลิตรเท่านั้น เนื่องจากความต้องการก๊าซที่หายากนี้เพิ่มขึ้น การผลิตไอโซโทปในปริมาณจำกัดจึงได้รับการฟื้นฟูในปี 2550 และในปี 2558 มีแผนที่จะได้รับฮีเลียม-3 เพิ่มอีก 8,000 ลิตรต่อปี ในเวลาเดียวกันความต้องการรายปีมีอย่างน้อย 40,000 ลิตร (ซึ่งมีเพียง 5% เท่านั้นที่ใช้ในทางการแพทย์) ในเดือนเมษายน 2010 คณะกรรมการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งสหรัฐอเมริกาได้ข้อสรุปว่าการขาดแคลนฮีเลียม-3 จะนำไปสู่ผลเสียที่แท้จริงในหลายพื้นที่ แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ของสหรัฐก็ยังประสบปัญหาในการรับฮีเลียม-3 จากคลังของรัฐ

ผสมความเย็น

อุตสาหกรรมอื่นที่ไม่สามารถทำได้โดยปราศจากฮีเลียม-3 คืออุตสาหกรรมแช่แข็ง เพื่อให้ได้อุณหภูมิต่ำสุดที่เรียกว่า ตู้เย็นเจือจางที่ใช้ผลของการละลายฮีเลียม-3 เป็นฮีเลียม-4 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0.87 K ส่วนผสมจะแยกออกเป็นสองขั้นตอน ซึ่งอุดมไปด้วยฮีเลียม-3 และฮีเลียม-4 การเปลี่ยนผ่านระหว่างเฟสเหล่านี้ต้องใช้พลังงาน และทำให้ระบายความร้อนได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก - ลงไปที่ 0.02 เค อุปกรณ์ดังกล่าวที่ง่ายที่สุดมีฮีเลียม-3 เพียงพอ ซึ่งจะค่อยๆ เคลื่อนผ่านอินเทอร์เฟซไปสู่เฟสที่อุดมไปด้วยฮีเลียม-4 ด้วย การดูดซับพลังงาน เมื่อฮีเลียม-3 หมด อุปกรณ์จะไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไป - เป็น "แบบใช้แล้วทิ้ง"
โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการระบายความร้อนนี้ที่ใช้ในหอดูดาว Planck orbital ของ European Space Agency หน้าที่ของพลังค์คือการบันทึกแอนไอโซโทรปีของ CMB (ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2.7 K) ด้วยความละเอียดสูงโดยใช้เครื่องตรวจจับโบโลเมตริก 48 HFI (เครื่องมือความถี่สูง) ที่เย็นลงเหลือ 0.1 K ก่อนที่การจ่ายฮีเลียม-3 ในระบบทำความเย็นจะหมดลง , พลังค์สามารถถ่ายภาพท้องฟ้าได้ 5 ภาพในช่วงไมโครเวฟ

ราคาประมูลของฮีเลียม-3 ผันผวนประมาณ 2,000 ดอลลาร์ต่อลิตร และไม่พบแนวโน้มขาลง การขาดแคลนก๊าซนี้เกิดจากการใช้ฮีเลียม-3 จำนวนมากในการผลิตเครื่องตรวจจับนิวตรอน ซึ่งใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับวัสดุนิวเคลียร์ เครื่องตรวจจับดังกล่าวลงทะเบียนนิวตรอนตามปฏิกิริยา (n, p) - การจับนิวตรอนและการปล่อยโปรตอน และเพื่อที่จะตรวจจับความพยายามที่จะนำเข้าวัสดุนิวเคลียร์ จำเป็นต้องมีเครื่องตรวจจับจำนวนมาก - หลายแสนชิ้น ด้วยเหตุนี้เองที่ฮีเลียม-3 มีราคาแพงอย่างน่าอัศจรรย์และไม่สามารถเข้าถึงยารักษาโรคได้

อย่างไรก็ตามมีความหวัง จริงอยู่ พวกมันไม่ได้ถูกกำหนดให้กับดวงจันทร์ฮีเลียม-3 (การผลิตยังคงเป็นไปได้ไกล) แต่สำหรับไอโซโทปซึ่งก่อตัวขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักประเภท CANDU ซึ่งดำเนินการในแคนาดา อาร์เจนตินา โรมาเนีย จีน และทางใต้ เกาหลี.

อาจมีบางสิ่งในด้านพลังงานแสนสาหัสที่รายล้อมไปด้วยตำนานอย่างฮีเลียม 3 ในยุค 80-90 นั้นได้รับความนิยมอย่างแข็งขันในฐานะเชื้อเพลิงที่จะแก้ปัญหาทั้งหมดของการหลอมเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้ เช่นเดียวกับสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ต้องเลิกรา โลก (เพราะบนโลกของมันมีน้ำหนักไม่กี่ร้อยกิโลกรัมและบนดวงจันทร์มีพันล้านตัน) และในที่สุดก็เริ่มสำรวจระบบสุริยะ ทั้งหมดนี้มีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่แปลกประหลาดมากเกี่ยวกับความเป็นไปได้ ปัญหา และความต้องการของพลังงานแสนสาหัสที่ไม่มีอยู่ในทุกวันนี้ ซึ่งเราจะพูดถึง

เครื่องจักรสำหรับการขุดฮีเลียม3 บนดวงจันทร์พร้อมแล้ว สิ่งเดียวที่ต้องทำคือหาประโยชน์จากมัน

เมื่อพูดถึงฮีเลียม3 หมายถึงปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน He3 + D -> He4 + Hหรือ He3 + He3 -> 2He4 + 2H. เมื่อเทียบกับคลาสสิก D + T -> He4 +nไม่มีนิวตรอนในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ซึ่งหมายความว่าไม่มีการกระตุ้นการสร้างเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์โดยนิวตรอนที่มีพลังงานสูง นอกจากนี้ ความจริงที่ว่านิวตรอนจาก "คลาสสิก" นำพลังงาน 80% จากพลาสมาออกไปถือเป็นปัญหา ดังนั้นสมดุลความร้อนในตัวจึงเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น ข้อดีอีกประการที่น่าสังเกตของรุ่นฮีเลียมคือไฟฟ้าสามารถถูกกำจัดออกจากอนุภาคที่มีประจุของปฏิกิริยาได้โดยตรง ไม่ใช่โดยการให้ความร้อนกับน้ำด้วยนิวตรอน เช่นเดียวกับในโรงไฟฟ้าถ่านหินแบบเก่า

ดังนั้น ทั้งหมดนี้ไม่เป็นความจริง หรือเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของความจริงเท่านั้น

เริ่มจากความจริงที่ว่าที่ความหนาแน่นของพลาสมาเดียวกันและอุณหภูมิที่เหมาะสมปฏิกิริยา He3 + D จะให้ น้อยกว่า 40 เท่าการปล่อยพลังงานต่อลูกบาศก์เมตรของพลาสมาทำงาน ในกรณีนี้อุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการแตกอย่างน้อย 40 เท่าจะสูงกว่า 10 เท่า - 100 keV (หรือ หนึ่งพันล้านองศา) เทียบกับ 10 สำหรับ D +T ด้วยตัวมันเอง อุณหภูมิดังกล่าวค่อนข้างจะทำได้ (บันทึกสำหรับ tokamak วันนี้คือ 50 keV แย่กว่านั้นเพียงสองเท่า) แต่เพื่อสร้างสมดุลของพลังงาน (อัตราการทำความเย็น VS อัตราการให้ความร้อน รวมถึงการทำความร้อนด้วยตนเอง) เราจำเป็นต้องเพิ่ม พลังงานที่ปล่อยออกมา 50 เท่าจากลูกบาศก์เมตรของปฏิกิริยา He3 + D ซึ่งสามารถทำได้โดยการเพิ่มความหนาแน่นขึ้น 50 เท่าเท่าเดิมเท่านั้น เมื่อรวมกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสิบเท่า สิ่งนี้ทำให้ ความดันพลาสม่าเพิ่มขึ้น 500 เท่า- จาก 3-5 atm ถึง 1500-2500 atm และแรงดันย้อนกลับเพิ่มขึ้นเหมือนเดิมเพื่อรักษาพลาสมานี้

แต่ภาพเป็นแรงบันดาลใจ

จำได้ไหมว่าฉันเขียนว่าแม่เหล็กของสนาม Toroidal ITER ซึ่งสร้างแรงกดดันต่อพลาสมา เป็นผลิตภัณฑ์ที่ทำลายสถิติอย่างแน่นอน เป็นเพียงสิ่งเดียวในโลกในแง่ของพารามิเตอร์? ดังนั้นแฟน ๆ He3 จึงแนะนำให้สร้างแม่เหล็กที่ทรงพลังกว่า 500 เท่า

โอเค ลืมเรื่องยุ่งยากไปเลย บางทีข้อดีของปฏิกิริยานี้จะชดใช้

ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ต่างๆ ที่ใช้กับ CTS He3 + D ให้พลังงานมากกว่า D + T เล็กน้อย แต่ใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อเอาชนะการขับไล่ Coulomb (ประจุ 3 ไม่ใช่ 2) ดังนั้นปฏิกิริยาจึงช้า

เริ่มจากนิวตรอนกันก่อน นิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมจะเป็นปัญหาร้ายแรง โดยสร้างความเสียหายให้กับวัสดุในภาชนะ ทำให้องค์ประกอบทั้งหมดที่หันหน้าไปทางพลาสมาร้อนมากจนต้องทำให้เย็นด้วยน้ำในปริมาณที่เหมาะสม และที่สำคัญที่สุด การกระตุ้นวัสดุด้วยนิวตรอนจะนำไปสู่ความจริงที่ว่าแม้ 10 ปีหลังจากการปิดเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ก็จะมีโครงสร้างกัมมันตภาพรังสีหลายพันตันที่ไม่สามารถแยกชิ้นส่วนด้วยมือและจะเก่าในการจัดเก็บ เป็นเวลาหลายร้อยหลายพันปี การกำจัดนิวตรอนจะทำให้การสร้างโรงไฟฟ้าเทอร์โมนิวเคลียร์ทำได้ง่ายขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

เศษส่วนของพลังงานที่นำออกไปโดยนิวตรอน หากคุณเพิ่ม He3 ลงในเครื่องปฏิกรณ์ คุณสามารถลดให้เหลือ 1% แต่จะทำให้สภาพการจุดระเบิดกระชับขึ้น

โอเค แต่แล้วการแปลงพลังงานของอนุภาคที่มีประจุเป็นไฟฟ้าโดยตรงล่ะ? การทดลองแสดงให้เห็นว่าการไหลของไอออนที่มีพลังงาน 100 keV สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ 80% ที่นี่เราไม่มีนิวตรอน... ฉันหมายความว่าพวกมันไม่ได้เอาพลังงานทั้งหมดที่เราได้รับในรูปของความร้อนออกไป - เรามากำจัดกังหันไอน้ำและใส่ในเครื่องสะสมไอออนกัน?

ใช่มีเทคโนโลยีสำหรับการแปลงพลังงานพลาสมาโดยตรงเป็นไฟฟ้าพวกเขาได้รับการศึกษาอย่างแข็งขันในยุค 60-70 และแสดงให้เห็นประสิทธิภาพในภูมิภาค 50-60% (ไม่ใช่ 80 ควรสังเกต) อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ใช้ได้ไม่ดีทั้งในเครื่องปฏิกรณ์ D + T และใน He3 + D ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ภาพนี้ช่วยให้เข้าใจ

แสดงการสูญเสียความร้อนของพลาสม่าผ่านช่องทางต่างๆ เปรียบเทียบ D+T และ D + He3 การขนส่งคือสิ่งที่สามารถใช้ในการแปลงพลังงานพลาสม่าเป็นไฟฟ้าได้โดยตรง หากในตัวแปร D + T ทุกอย่างถูกพรากไปจากเราโดยนิวตรอนที่น่ารังเกียจ จากนั้นในกรณีของ He3 + D ทุกอย่างถูกพรากไปจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าของพลาสมา ซึ่งส่วนใหญ่เป็นซินโครตรอนและเอ็กซ์เรย์ bremsstrahlung (ในภาพ) เบรมสตราลุง) สถานการณ์เกือบจะสมมาตรเหมือนกันทั้งหมดจำเป็นต้องเอาความร้อนออกจากผนังและยังคงโดยการแปลงโดยตรง เราไม่สามารถดึงออกมาได้มากกว่า 10-15%พลังงานของการเผาไหม้เทอร์โมนิวเคลียร์และส่วนที่เหลือ - วิธีแบบเก่าผ่านเครื่องยนต์ไอน้ำ

ภาพประกอบในการศึกษาการแปลงพลังงานพลาสมาโดยตรงที่แกมมา-10 กับดักเปิดที่ใหญ่ที่สุดในญี่ปุ่น

นอกเหนือจากข้อ จำกัด ทางทฤษฎีแล้วยังมีข้อ จำกัด ด้านวิศวกรรม - ในโลก (รวมถึงสหภาพโซเวียต) ใช้ความพยายามอย่างมากในการสร้างการติดตั้งสำหรับการแปลงพลังงานพลาสมาโดยตรงเป็นไฟฟ้าสำหรับโรงไฟฟ้าทั่วไปซึ่งทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพจาก 35% ถึง 55% ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเครื่องกำเนิด MHD 30 ปีของการทำงานเป็นทีมขนาดใหญ่สิ้นสุดลงที่ zilch - ทรัพยากรของการติดตั้งคือหลายร้อยชั่วโมงเมื่อวิศวกรไฟฟ้าต้องการหลายพันและหมื่น ทรัพยากรจำนวนมหาศาลที่ใช้ไปกับเทคโนโลยีนี้ได้นำไปสู่ความจริงที่ว่าประเทศของเราล้าหลังในการผลิตกังหันก๊าซพลังงานและโรงงานหมุนเวียนกังหันก๊าซไอน้ำ (ซึ่งให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเหมือนกันทุกประการ - จาก 35 ถึง 55%!)

อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดอันทรงพลังก็จำเป็นสำหรับเครื่องกำเนิด MHD ด้วย นี่คือแม่เหล็ก SP สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD 30 MW