http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=1705aab5-f566-49b8-be97-c8d7f5394632&print=1© 2024 Российская академия наук
Небывалый рост цен на нефть, а также недостаточная безопасность и экологическая чистота традиционных атомных станций делают необходимым поиск альтернативных способов получения энергии. В основе одного из них лежит идея термоядерного реактора, работающего на изотопе гелия под названием гелий-3.
Самой концепции использовать термоядерный синтез для производства дешевого электротока уже более полвека. Ее привлекательность состоит в следующем: не требуется дорогой и достаточно редкий элемент уран, можно обойтись без реакции, которая один раз уже привела к Чернобылю, не будет отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Минус термоядерной энергетики - сложность ее практической реализации: для этого требуется нагретая до многих миллионов градусов Цельсия плазма, удерживаемая в магнитном поле.
Эксперименты по приручению плазмы проводились в СССР/России на установке ТО-КАМАК и в США - на стелла-раторе, но лишь в конце июня этого года в Москве представителями ряда стран было подписано соглашение о строительстве на юге Франции в городе Кадараш Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER) - прототипа практической термоядерной электростанции. В качестве топлива ITER будет использовать фактически неисчерпаемый в природе элемент - водород, а точнее, ядра двух его изотопов - дейтерия и трития (Д-Т).
Итак, казалось бы, проблема поиска дешевого и экологически более чистого, чем уран, источника энергии решена. Зачем же в таком случае предлагать в качестве топлива гелий-3? Дело в том, что если синтез Д-Т все-таки высвобождает порядка 80% энергии в виде нейтронов, от которых требуется ограждать людей и окружающую среду, то при реакции дейтерия и гелия-3 нейтронов выделяется в сто раз меньше.
Отпадает необходимость в дорогостоящих средствах защиты реакторов, да и снижается риск для работников электростанций, если в одном из данных средств неожиданно возникнет "брешь".
Но как добыть гелий-3? Рождается он на Солнце, отчего иногда называется "солнечным изотопом". Его общая масса там превышает вес нашей планеты. Разносится он в окружающее пространство солнечным ветром. Магнитное поле Земли отклоняет значительную часть этого ветра, а потому гелий-3 составляет лишь одну триллионную часть земной атмосферы. На Луне его значительно больше. Там он вкрапляется в лунный грунт - реголит (по составу напоминающий обычный шлак).
Толщина пропитанного гелием-3 слоя реголита составляет одну десятимиллионную часть метра, хотя постоянное перемешивание лунного грунта метеоритными бомбардировками приводит к тому, что местами данный изотоп можно найти и на глубине нескольких метров. Из-за этого оценки его общего количества на Луне разнятся от 450 тыс. до 4, 6 миллионов тонн. По подсчетам Тимоти Свиндла, профессора геофизики из университета штата Аризона, среднее содержание гелия-3 в лунной почве составляет 1 грамм на 100 тонн. Таким образом, чтобы добыть за год тонну данного изотопа, потребуется перелопатить 100 млн. тонн лунного грунта, или 7 квадратных километров поверхности Селены. Это означает, что через несколько лет место добычи гелия-3 на Луне можно будет уже без труда различать с Земли в обычные бинокли.
Далее реголит придется нагреть до 800 градусов Цельсия, чтобы выделить из него данный изотоп. Но даже если гелий-3 удастся получить в чистом виде, то для его синтеза потребуется термоядерный реактор, который еще неизвестно когда будет создан и по конструкции будет сложнее, чем ДТ-реактор. Достаточно сказать, что если для синтеза дейтерия и трития требуется температура в 100 млн. градусов Цельсия, то для дейтерия и гелия-3 - в пять раз выше.
Большинство вышеизложенных фактов были проанализированы экспертами в ходе слушаний по вопросам будущего исследования и освоения Луны, состоявшихся в апреле 2004 года в подкомитете по космосу и аэронавтике комитета по науке палаты депутатов Конгресса США. Вывод специалистов был однозначен: даже в отдаленном будущем добыча гелия-3 на Луне совершенно невыгодна.
С мнением американских ученых и инженеров согласен академик Евгений Велихов, президент Российского научного центра "Курчатовский институт". По его словам, лететь на Луну за гелием-3 - это "полный нонсенс, особенно теперь, когда практическое освоение земного водорода в интересах термоядерной энергетики приобретает реальные очертания".
Разумеется, никто не говорит о том, чтобы прекратить изучение потенциальных возможностей использования
"солнечного изотопа" в прикладных целях. Однако, как отметил Джон Логсдон, директор Института космической политики из Вашингтона, "космическое сообщество США не рассматривает добычу гелия-3 в качестве серьезного предлога для возвращения на Луну. Лететь туда за этим изотопом все равно что пятьсот лет назад отправить Колумба в Индию за ураном. Привезти-то он его может, и привез бы, только еще несколько сотен лет никто не знал бы, что с ним делать".
***
Юрий Юрьевич Караш - доктор наук (Ph.D.) США по специальности "Космическая политика и международные отношения", член-корреспондент Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского.