Гелий-3 - Helium-3


Из Википедии, свободной энциклопедии
Гелий-3,   3 Он
Он-3 atom.png
генеральный
Имя , символ Гелий-3, He-3, 3 Он
Нейтроны 1
Протоны 2
данные нуклидов
Естественное изобилие 0.000137% (% Он на Земле)
Период полураспада стабильный
Родительские изотопы 3 Н  ( бета - распад трития)
Изотоп масса 3.0160293 у
Вращение 1 / 2
Полная таблица нуклидов

Гелий-3 ( 3 He, смотри также HELION ) представляет собой легкий, не- радиоактивный изотоп из гелия с двумя протонами и одного нейтрона (распространенный гелий , имеющий два протона и два нейтрона). Его гипотетическое существование была впервые предложена в 1934 году австралийский ядерный физик Марк Олифант , когда он работал в университете Кембриджа Кавендишской лаборатории . Олифант были проведены эксперименты , в которых быстрые дейтроны столкнулись с дейтронов мишеней (кстати, первой демонстрацией ядерного синтеза ). Выделение гелия-3 был впервые достигнуто Луис Альварес и Роберт Корног в 1939 году Гелий-3 считается радиоактивным изотопом , пока он не был также найден в образцах природного гелия, который является в основном гелий-4 , взятые как из наземных атмосфера и из природных газовых скважин. Кроме протии (обычный водород ), гелий-3 является единственным стабильным изотопом любого элемента с большим количеством протонов , чем нейтроны .

Гелий-3 происходит в изначальном нуклиде , спасаясь от Земли «s коры в атмосферу и в космическое пространство , в течение миллионов лет. Гелий-3 также считается естественным nucleogenic и космогенных нуклидов , один производится , когда литиевый бомбардировке нейтронами природных, которые могут быть освобождены от спонтанного деления и ядерных реакций с космическими лучами . Некоторые из гелия-3 , найденного в земной атмосфере также является реликтом атмосферы и подводных испытаний ядерного оружия .

Много спекуляций были сделаны по возможности гелия-3 в качестве будущего источника энергии . В отличии от большинства других ядерного синтеза реакций , в Fusion гелия-3 атомов выпусков большого количества энергии , не вызывая окружающий материал , чтобы стать радиоактивными . Однако температуры , необходимые для достижения гелия-3 реакция синтеза намного выше , чем в традиционных реакциях синтеза, и этот процесс может неизбежно создавать другие реакции , которые сами по себе могла бы привести окружающий материал , чтобы стать радиоактивным.

Обилие гелия-3 , как полагает, больше на Луне , чем на Земле, будучи встроено в верхнем слое реголита по солнечному ветру в течение миллиардов лет, хотя по- прежнему ниже в изобилии , чем в Солнечной системе «ы газовые гиганты ,

Физические свойства

Из - за его низкой атомной массой 3,02 атомных единиц массы , гелий-3 имеет некоторые физические свойства , отличные от свойств гелия-4, с массой 4,00 атомных единиц массы. Из-за слабым, индуцированный диполь-дипольное взаимодействия между атомами гелия, их микроскопические физические свойства определяются в основном их нулевой энергией . Кроме того , микроскопические свойства гелия-3 причиной того , чтобы иметь более высокую энергию нулевых колебаний , чем гелий-4. Это означает , что гелий-3 может преодолеть диполь-дипольные взаимодействия с меньшим количеством тепловой энергии , чем гелий-4 может.

В квантово - механические эффекты на гелий-3 и гелия-4 значительно отличаются , потому что с двух протонов , двух нейтронов и двух электронов , гелий-4 имеет общий спин , равный нулю, что делает его бозон , но с одним нейтроном меньше, гелием 3 имеет общий спин половины, что делает его фермионное .

Гелий-3 кипит при 3,19 K по сравнению с гелием-4 при 4,23 К, и его критическая точка также ниже при 3,35 К, по сравнению с гелием-4 при 5,2 К. гелий-3 имеет менее половины плотности гелия-4 , когда это при его температуре кипения: 59 грамм на литр по сравнению с 125 грамм на литр гелия-4-при давлении в одну атмосферу. Его скрытая теплота парообразования также значительно ниже по 0,026 килоджоулей на моль по сравнению с 0.0829 килоджоулей на моль гелия-4.

реакции Fusion

Сравнение neutronicity реакций
Реактивы Товары Q п / МэВ
слитые топлива первого поколения
2 D + 2 D 3 Он + 1
0
п
3,268 МэВ 0,306
2 D + 2 D 3 Т + 1
1
р
4.032 МэВ 0
2 D + 3 Т 4 Он + 1
0
п
17.571 МэВ 0,057
слитого топлива второго поколения
2 D + 3 Он 4 Он + 1
1
р
18.354 МэВ 0
слитые топлива третьего поколения
3 Он + 3 Он 4 Он + 2 1
1
р
12.86 МэВ 0
11 B + 1
1
р
3 4 Он 8,68 МэВ 0
Чистый результат горения D (сумма первых 4-х строк)
6 D 2 ( 4 Он + п + р) 43.225 МэВ 0,046
Текущее ядерное топливо
235 U + п 2 FP + 2.5N ~ 200 МэВ 0,001

3 Он может быть получен путем слияния низкой температуры (DP) 2 H + 1 р3 Он + у + 4,98 МэВ. Если температура плавления ниже, чем для ядер гелия плавить, реакция дает альфа - частицу с высокой энергией , которая быстро приобретает электрон получения стабильного света гелия - ион , который может быть использован непосредственно в качестве источника электроэнергии , не производя опасные нейтроны.

Слитого скорость реакции быстро возрастает с температурой , пока она не максимизирует , а затем постепенно падает. Пики скорости DT при более низкой температуре (около 70 к, или 800 миллионов Кельвинов) и при более высокой стоимости , чем другие реакции , обычно рассматриваемых для термоядерной энергии.

3 Он может быть использован в реакции синтеза либо из реакций 2 Н + 3 Он4 Он + 1 р + 18,3 МэВ , или 3 Он + 3 Он4 Он + 2 1 р + 12.86 МэВ.

Обычного дейтерий + тритий ( «DT») процесс синтеза производит энергетические нейтроны , которые делают компоненты реактора радиоактивные с продуктами активации . Привлекательность гелий-3 слияние проистекает из безнейтронных природ продуктов его реакции. Сам Гелий-3 не является радиоактивным. Одинокий высокой энергии побочный продукт, протон , может содержаться с помощью электрических и магнитных полей. Энергия импульса этого протона (созданного в процессе сварки) будет взаимодействовать с электромагнитным полем , содержащим, в результате прямого чистого производства электроэнергии.

Из-за более высокого кулоновского барьера , температуры , необходимые для 2 H + 3 He синтеза гораздо выше , чем у обычного синтеза DT . Кроме того, поскольку оба реагента должны быть смешаны вместе , чтобы сплавить, реакции между ядрами одного и того же реагента будет происходить, и реакцию ДД ( 2 Н + 2 Н ) делает производить нейтрон . Скорости реакции зависит от температуры, но D - 3 он скорость реакции никогда не превышает более чем в 3,56 раза скорость реакции ДД (смотри график). Таким образом, слитый с использованием D - 3 He топлива при правильной температуре и D обедненной топливной смеси, может привести к намного более низкий , чем поток нейтронов синтеза DT, но не является чистым, отрицающий некоторые из его главной привлекательности.

Вторая возможность, сплавление 3 He с собой ( 3 Он + - Он ), требует еще более высоких температур (так как теперь оба реагента имеет заряд +2), и , следовательно , является еще более трудным , чем D - 3 He реакция. Тем не менее, он предлагает возможную реакцию , которая не производит нейтронов; заряженные протоны могут содержаться с помощью электрических и магнитных полей, которые , в свою очередь , приводит непосредственное производство электроэнергии. 3 Он + 3 Он фьюжн осуществима , как показано в лаборатории и имеет огромные преимущества, но коммерческая жизнеспособность много лет в будущем.

Количества гелия-3 необходимо в качестве замены традиционных видов топлив являются значительными по сравнению с количествами , доступных в настоящее время. Общее количество энергии , производимой в 2 D  +  3 He реакции 18,4 М эВ , что соответствует некоторым 493 мегаватт-часов (4,93 × 10 8 Вт · ч) на три грамма (один моль ) из 3 Он , если общая сумма от энергии может быть преобразована в электрическую энергию с помощью 100% эффективности (физическая невозможности), это будет соответствовать примерно 30 минутам выхода гигаватт электрической установки на моль 3 He . Таким образом, производство через год (по 6 грамм для каждой операции час) потребуется 52,5 кг гелия-3. Количество топлива , необходимое для крупномасштабных приложений также может быть введен с точки зрения общего потребления: потребление электроэнергии на 107 миллионов американских семей в 2001 году составил 1140 млрд кВт · ч (1,14 × 10 15 Вт · ч). Опять же при условии , эффективность преобразования 100%, 6,7 тонн в год гелия-3 потребовалось бы для этого сегмента спроса на энергоносители в США, от 15 до 20 тонн в год дают более реалистичное эффективность преобразования конца в конец.

обнаружение нейтронов

Гелий-3 является самым важным изотопом в измерительных приборах для обнаружения нейтронов . Он имеет высокое сечение поглощения для тепловых нейтронов пучков и используется в качестве конвертерного газа в нейтронных детекторах. Нейтрон превращается через ядерную реакцию

п + 3 He → 3 H + 1 H + 0,764 МэВ

на заряженные частицы трития ионы (Т, 3 Н) и ионов водорода , или протонов (р, 1 Н) , которые затем обнаруживаются путем создания облака заряда в тормозящей газа в пропорциональном счетчике или трубки Гейгера-Мюллера .

Кроме того, процесс поглощения сильно спина -зависимого, которая позволяет спин-поляризованный гелий-3 объем для передачи нейтронов с одним спином компонентом при поглощении других. Этот эффект используется в анализе поляризации нейтронов , методика которого зонды для магнитных свойств вещества.

США Министерство национальной безопасности понадеялось развертывания детекторов обнаружить контрабандный плутоний в морских контейнерах по их эмиссии нейтронов, но во всем мире дефицита гелия-3 после сокращения производства ядерного оружия со временами холодной войны до некоторой степени предотвратить это. По состоянию на 2012 год , DHS определил коммерческие поставки боры-10 будет поддерживать преобразование инфраструктуры обнаружения нейтронов в эту технологию.

физика низких температур

Гелий-3 холодильник использует гелий-3 , чтобы достичь температур от 0,2 до 0,3 кельвина . Разбавления холодильник использует смесь гелия-3 и гелия-4 , чтобы достичь криогенные температуры до нескольких тысячных кельвин .

Важное свойство гелия-3, который отличает его от более общего гелия-4, в том , что его ядро является фермионное , так как он содержит нечетное число спиновых 1 / 2 частиц. Ядра гелия-4 являются бозонами , содержащее четное число спина 1 / 2 частиц. Это является прямым результатом правил сложения для квантованного углового момента. При низких температурах (около 2,17 К), гелий-4 претерпевает фазовый переход : часть ее входит в сверхтекучей фазу , которая может быть грубо понимается как тип Бозе-Эйнштейна конденсата . Такой механизм не доступен для атомов гелия-3, которые являются фермионами. Тем не менее, было широко распространено предположение , что гелий-3 также может стать сверхтекучей при значительно более низких температурах, если атомы образуются в пар , аналогичных куперовских пар в теории БКШ о сверхпроводимости . Каждая пара Купер, имеющий целое число спина, можно рассматривать как бозон. В 1970 - х, Дэвид Ли , Дуглас Ошеров и Роберт Колман Ричардсон обнаружил два фазовых перехода вдоль кривой плавления, которые вскоре были реализованы , чтобы быть две сверхтекучие фазы гелия-3. Переход к сверхтекучей происходит на 2.491 градуса Кельвина на кривой плавления. Они были удостоены в 1996 году Нобелевской премии по физике за их открытие. Тони Leggett выиграла 2003 Нобелевскую премию по физике за работу по рафинированию понимания сверхтекучей фазы гелия-3.

В нулевом магнитном поле, существуют две различные сверхтекучие фазы 3 He, А-фазы и B-фазы. В-фаза является низкотемпературной фазой при низком давлении , который имеет изотропную энергетическую щель. А-фаза является более высокая температура, более высокое давление , которое фаза дополнительно стабилизируется магнитным полем и имеет два узла точки в его зазоре. Наличие двух фаз является четким показателем того, что 3 Он является нетрадиционным сверхтекучим (сверхпроводник), так как наличие двух фаз требует дополнительной симметрии, кроме калибровочной симметрии, чтобы быть нарушена. На самом деле, это р -волны сверхтекучей, со спином одной, S = 1, и углового момента, один L = 1. Состояние соответствует полному угловому моменту нулевого, J = S + L = 0 (сложения векторов). Возбужденные состояния возможны с ненулевым полным угловым моментом, J > 0, возбуждаются коллективные моды пары. Из-за крайнюю чистоту сверхтекучей 3 Он (так как все материалы , за исключением 4 He укрепили и погружены на дно жидкости 3 Он и любые 4 Он имеет фазу отдел полностью, это самое чистое конденсированное состояние вещества), эти коллективные режимы было изучены с гораздо большей точностью , чем в любых других нетрадиционных системах сопряжения.

томография Медицинский легких

Гелий-3 ядра обладают собственным ядерным спином из 1 / 2 , и относительно высокую гиромагнитное отношение . Гелий-3 может быть гиперполяризованные с помощью неравновесного средства , такой как спин-обмен оптической накачки. В ходе этого процесса, круговая поляризация инфракрасный лазерный света, настроенный на соответствующую длину волны, используются для возбуждения электронов в щелочных металлах , такие как цезий или рубидий внутри закрытой стеклянной емкости. Угловой момент передается от электронов щелочных металлов с ядрами благородных газов за счет столкновений. По существу, этот процесс эффективно выравнивает ядерные спины с магнитным полем , в целях повышения ЯМР сигнала. Гиперполяризованный газ затем может храниться при давлении 10 атм, в течение 100 часов. После ингаляции, газовые смеси , содержащие гиперполяризованного газа гелия-3 могут быть отображены с помощью магнитно - резонансной томографии для получения анатомических и функциональных изображений вентиляции легких. Этот метод также может произвести изображения дерева дыхательных путей, местонахождением невентилируемых дефектов, измерение альвеолярного парциального давления кислорода , и измеряют соотношение вентиляции / перфузии . Эта техника может иметь решающее значение для диагностики и лечения лечения хронических респираторных заболеваний , таких как хроническое обструктивное заболевание легких (ХОБЛ) , эмфиземы , кистозного фиброза и астмы .

Промышленное производство

Производство, реализация и распределение гелия-3 в Соединенных Штатах находятся в ведении Министерства энергетики США (DOE) изотопной программы. Практически все гелий-3 используется в промышленности сегодня производится из радиоактивного распада трития . Тритий является радиоактивным изотопом водорода , и обычно получают при бомбардировке лития-6 нейтронами в ядерном реакторе. Ядро лития поглощает нейтрон и распадается на гелий-4 и тритий. Тритий распадается на гелий-3 с периодом полураспада 12,3 года, так что гелий-3 может быть получен путем простого хранения тритий , пока он не подвергается радиоактивному распаду.

Тритий является одним из важнейших компонентов ядерного оружия и исторически оно было произведено и складированы в первую очередь для этого приложения. Распад трития в гелии-3 снижает мощность взрыва слитой боеголовки, поэтому периодически накопленный гелий-3 , должен быть удален из боеголовки резервуаров и трития при хранении. Гелий-3 удаляется во время этого процесса на рынок для других применений.

В течение многих десятилетий это было и остается основным источником в мире гелия-3. Тем не менее, с момента подписания СНВ Договора в 1991 году число ядерных боеголовок, которые хранятся готовые к использованию уменьшилось Это позволило сократить количество гелия-3 свободны от этого источника. Гелий-3 запасов еще больше сократился за счет увеличения спроса, в первую очередь для использования в радиационных детекторов нейтронов и медицинских диагностических процедур. Промышленный спрос в США для гелия-3 достигла пика в 70000 литров (примерно 8 кг) в год в 2008 году цена на аукционе исторически около $ 100 / литр, достиг столь же высоко как $ 2000 / литр С тех пор спрос на гелий-3 снизилась около 6000 литров в год из - за высокой стоимости и усилий НОО , чтобы переработать его и найти заменители.

DOE признал развивающийся дефицит как трития и гелия-3. и начал производить тритий облучения литии в том Tennessee Valley Authority «s Watts Bar станции ядерной генерирующей в 2010 г. В этом процессе тритий производит выгорающие поглощающие стержни (TPBARs) , содержащие литий в керамической форме вставлены в реактор вместо нормального контроль бора стержней Периодически TPBARs заменяются и тритий экстрагируют.

В настоящее время только один реактор используется для производства трития , но этот процесс может, при необходимости, быть значительно расширены , чтобы удовлетворить любые мыслимые потребности просто за счет использования более энергетических реакторов страны. Значительные количества трития и гелий-3 также могут быть извлечены из тяжелого замедлителя воды в CANDU ядерных реакторов.

Естественное изобилие

Солнечная туманность (изначальное) Обилие

Одним из первой оценки изначального соотношения 3 He в 4 He в солнечной туманности была измерением их соотношений в атмосфере Юпитера, измеренных с помощью масс - спектрометра на вход в атмосфере зонда Galileo. Это соотношение составляет примерно 1: 10000, или 100 частей 3 - он на миллион частей 4 He. Это примерно то же соотношение изотопов , как и в лунного реголита, который содержит 28 частей на миллион гелий-4 и 2,8 частей на миллиард гелий-3 (который находится на нижнем конце фактических измерений образцов, которые варьируются от примерно 1,4 до 15 частей на миллиард). Однако наземные соотношения изотопов ниже на коэффициент 100, в основном за счет обогащения гелия-4 запасов в мантии миллиарды лет альфа - распада от урана и тория .

Наземные изобилие

3 Он изначальное вещество в земной мантии , считающееся стали захваченным внутри Земли во время образования планеты. Отношение - Он до 4 Он в земной коре и мантии меньше , чем для предположений о составе солнечного диска, полученные из метеорита и лунных образцов, с наземными материалами , как правило , содержащими ниже 3 He / 4 Коэффициентов Он из - за врастание - He от радиоактивного распада.

3 Он имеет космологическое соотношение 300 атомов на миллион атомов 4 He (аты. Части на миллион), что приводит к предположению , что исходное соотношение этих газов примордиальных в мантии составляло около 200-300 частей на миллионе , когда была сформирована Земля. Много 4 Он был сгенерирован в результате распада альфа-частицы урана и тория, а теперь мантия имеет только около 7% первичного гелия, снижая общее 3 Он / 4 соотношения он около 20 частей на миллион. Коэффициенты 3 He / 4 He сверх атмосферного свидетельствуют о вкладе 3 He из мантии. Коровые источники доминируют 4 He , который образуется при распаде радиоактивных элементов в земной коре и мантии.

Отношение гелия-3 в гелии-4 в естественных Земли связанных источников сильно меняется. Образцы лития руды сподуменом были найдены из Edison шахты, Южная Дакота содержит 12 частей гелия-3 до миллиона частей гелия-4. Образцы из других шахт показали 2 части на миллион.

Гелий также присутствует , как до 7% некоторых природных источников газа, и крупные источники имеют более 0,5% (0,2% выше , делает его жизнеспособным для извлечения). Доля 3 He в гелии , отделенного от природного газа в США было установлено , что диапазон от 70 до 242 частей на миллиард. Таким образом, США 2002 штабель 1 млрд нормальных м 3 содержал бы около 12 до 43 кг гелия-3. По словам одного из экспертов, около 26 м 3 или почти 5 кг 3 Он доступен ежегодно для отделения от потока природного газа в США. Если процесс , выделяющий 3 Он может использовать в качестве исходного сырья сжиженного гелия , как правило , используются для транспортировки и хранения больших количеств, оценки для приращения диапазона стоимости энергии от US $ 34 до $ 300 за литр NTP, включая стоимость инфраструктуры и оборудование. Предполагается , годовой объем производства газа Алжира содержит 100 миллионов нормальных кубических метров , и это будет содержать от 7 до 24 м 3 гелия-3 (примерно от 1 до 4 кг) , предполагая аналогичную 3 He фракции.

3 Он также присутствует в атмосфере Земли . Природное содержание 3 He в природе газообразного гелия составляет 1,38 × 10 - 6 (1,38 частей на миллион). Парциальное давление гелия в атмосфере Земли составляет около 0,52 Па, и , таким образом гелий составляет 5,2 частей на миллион от общего давления (101325 Па) в атмосфере Земли, и 3 Таким образом , он составляет 7,2 частей на триллион атмосферы. Так как атмосфера Земли имеет массу около 5,14 × 10 15 тонн, масса 3 He в атмосфере Земли является произведением этих чисел, или около 37000 тонн 3 He.

3 Он производится на Земле из трех источников: литий скалывания , космические лучи и бета - распад трития ( 3 Н). Вклад от космических лучей можно пренебречь в пределах всех , кроме самых старых реголита материалов, и лития реакций расщеплений являются меньшим , чем вкладом производства 4 He по альфа - частицы выбросов.

Общее количество гелия-3 в мантии может находиться в диапазоне 0,1-1 млн тонн . Тем не менее, большая часть мантии непосредственно не доступен. Некоторый гелий-3 утечка вверх через глубокие-источники горячих точек вулканов , такие как те из Гавайских островов , но только 300 грамм в год выбрасываются в атмосферу. Срединно-океанические хребты выделяют еще 3 килограмма в год. Вокруг зон субдукции , различные источники производят гелий-3 в природном газе месторождений , которые , возможно , содержат тысячи тонн гелия-3 (хотя может быть 25 тысяч тонн , если все древние зоны субдукции имеют такие отложения). Виттенберг оценок, США источники земной коры природного газа могут иметь только половину общей тонный. Виттенберг привел оценку Андерсона еще 1200 метрических тонн в межпланетных пылевых частиц на дне океанов. В исследовании 1994 года, извлечение гелия-3 из этих источников , потребляет больше энергии , чем слияние освободит.

Извлечение из внеземных источников

Материалы по Луны поверхности «ы содержит гелий-3 в концентрации от 1,4 до 15 частей на миллиард в освещенные участки, и могут содержать концентрации до 50 частей на миллиард в постоянно затененных областей. Число людей, начиная с Джеральдом Kulcinski в 1986 году, предложили исследовать Луну , шахтный лунный реголит и использовать гелий-3 для слияния . Из-за низкие концентрации гелия-3, любое добывающее оборудование необходимо будет обрабатывать очень большие объемы реголита (более 150 тонн реголита , чтобы получить один грамм 3 гелия), а также некоторые предложения предположили , что гелий-3 экстракции быть совмещены на большая добыча и развитие операции.

Основная цель индийской организации космических исследований первого лунного зонда называеться Чандраян-I , спущен на воду 22 октября 2008 года, было сообщено в некоторых источниках быть картирование поверхности Луны для гелия-3-содержащих минералов. Однако такая задача не упоминаются в официальном списке проекта целей, хотя многие из его научных полезных нагрузок отметили гелий-3-связанные приложения.

Cosmochemist и геохимик Ouyang Ziyuan из Китайской академии наук , который в настоящее время отвечает за программу китайского Lunar Exploration уже неоднократно заявляли , что одна из главных целей программы была бы добыча гелия-3, из которых операции " каждый год, три шаттла миссии могла бы принести достаточное количество топлива для всех людей по всему миру «. В январе 2006 года русская космическая компания РКК Энергия объявила , что она считает лунный гелий-3 потенциальный экономический ресурс для добычи к 2020 году, если финансирование может быть найдено.

Горнодобывающие газовые гиганты также были предложены для гелия-3. Британское межпланетное общество гипотетической «s Проект Дедал дизайн межзвездного зонда подогревается гелий-3 мин в атмосфере Юпитера , например. Высокая гравитация Юпитера делает это менее энергетически выгодной , чем операцией извлечения гелия-3 из других газовых гигантов Солнечной системы, однако.

Не все авторы считают внеземную извлечение гелия-3 представляется возможным. День Дуэйна, пишущий в Space Review, определяет некоторые основные препятствия для извлечения гелия-3 из внеземных источников для использования в слиянии, а также вопросов технико-экономические внеземного добычи по сравнению с производством на Земле.

Выработка энергии

Подход второго поколения с контролируемым плавлением мощности включает в себя объединение гелий-3 ( 3 2 He) и дейтерий ( 2 1 H ). Эта реакция производит гелий-4 ион ( 4 2 He ) (например , на альфа - частицы , но разного происхождения) и высокой энергии протона (положительно заряженных ионов водорода) ( 1 1 р). Наиболее важное потенциальное преимущество этого слитого реакции для производства электроэнергии, а также других применений заключается в его совместимости с использованием электростатических полей для управления подачи топлива ионов и слитых протонами. Высокие скорости протонов, а положительно заряженные частицы, могут иметь их кинетическая энергия преобразуется непосредственно в электричество , за счет использования твердотельных материалов конверсии, а также другими методами. Потенциальный КПД конверсии 70% может быть возможным, так как нет необходимости преобразовывать энергию протонов в тепло для того , чтобы водить турбину Приведен электрический генератор .

Там было много претензий о возможностях гелия-3 электростанций. По мнению сторонников, слитые электростанции , работающие на дейтерий и гелии-3 будут предлагать более низкие капитальные и эксплуатационные затраты , чем их конкуренты из - за меньшую техническую сложность, более высокую эффективность преобразования, меньшего размер, отсутствие радиоактивного топлива, ни воздуха или воды загрязнения и только низкоуровневые радиоактивные требования по утилизации отходов. Последние оценки показывают , что около 6000000000 $ в инвестиционном капитале необходимо будет разработать и построить первый гелий-3 фьюжн электростанции . Финансовый разрыв даже при сегодняшних оптовых электроэнергетических цен (5 центов США за киловатт-час ) будет происходить после того, как пять 1- гигаватт растения на линии, замена старых традиционных энергоисточников или удовлетворения спроса.

На самом деле это не так четко. Самый современные программы слитых в мире являются инерционным удержанием синтеза (например, National Ignition Facility ) и магнитное удержание слияние (например, ITER и Вендельштайн 7-X ). В случае первого, нет твердой дорожной карты для выработки электроэнергии. В случае последнего, коммерческого производства электроэнергии не ожидается примерно до 2050 г. В обоих случаях, тип слияния обсуждалось является самым простым: ДТ слияния. Причина этого является очень низким кулоновским барьером для данной реакции; для D + 3 He, барьер гораздо выше, и даже выше 3 Не- 3 He. Огромная стоимость реакторов , как ИТЭР и Национальный Ignition Facility , в основном из - за их огромные размеры, но масштабироваться до более высоких температур плазмы требуют реакторов гораздо больших по- прежнему. 14,7 МэВ протонов и 3,6 МэВ альфа - частица из D - 3 He синтеза, а также более высокой эффективности преобразования, означает , что больше электроэнергии получают на килограмм , чем DT синтеза (17,6 МэВ), но не то, что гораздо больше. В качестве дальнейшего снижения, скорость реакции на гелий-3 реакции синтеза не особенно высокая, требующий реактор , который больше , до сих пор или более реакторов для получения такого же количества электроэнергии.

Для того, чтобы попытаться обойти эту проблему в широком масштабе крупных электростанций , которые не могут быть даже экономичнее с фьюжн DT, не говоря уже о гораздо более сложной D- 3 фьюжн он, ряд других реакторов было предложено - в Fusor , Polywell , фокус фьюжн и многое другое, хотя многие из этих понятий есть фундаментальные проблемы с достижением усиления чистой энергии, и , как правило пытаются достичь слияния в тепловом неравновесия, то , что потенциально может оказаться невозможным, и , следовательно, эти программы давно выстрел , как правило, имеют проблемы Получивший финансирование , несмотря на низкий бюджет. В отличии от «большого», «горячих» гибридных систем, однако, если такие системы должны были работать, они могут масштабироваться на более высокий барьер « безнейтронное » топлива, и , следовательно , их инициаторы , как правило, способствуют пВ сплава , который не требует никаких экзотических видов топлива , таких как гелий -3.

Ссылки в научной фантастике

Несколько фантасты работы отличали извлечения гелия-3 на Луне, в том числе фильмов Луны (2009) и Iron Sky (2012), манга и соответствующее аниме Planetes , видео игры Anno 2205 (2015) и роман Луна: Новолуние (2015). Роман Утренняя звезда ( Pierce Brown , 2016) Особенности добычи гелия-3 на Фобосе (спутнике Марса), в то время как его роман Красный Восход (2014) особенности добычи гелия-3 из самого Марса. Титульный Mech из Годзилла против Mechagodzilla II питается от тяжелого водорода и гелия-3 в виде гранул.

Смотрите также

Примечания и ссылки

Список используемой литературы

внешняя ссылка


Зажигалка:
дипротон
Гелий-3 представляет собой
изотоп из гелия
Тяжелее:
гелий-4
Распад продукт из:
литий-4 ( р )
водород-3 ( β- )
Распад цепь
гелия-3
Разлагается на:
Стабильный