Лунный гелий-3 или Все пути ведут на Луну

Автор Fakir, 19.08.2005 16:47:02

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

ratman

ЦитатаСколько нужно на сжижение 1.4 млн тонн воздуха в земных условиях (ни вакуума, ни долгой лунной ночи)?
Уверен, что можно найти и менее энергоемкие способы выделения гелия ;) А сжижать уже гелий.
Я тогда тоже могу спросить - а как, например, отделять гелий от прочих газов, выделяющихся из реголита при тех же температурах. :)

Я сильно сомневаюсь, что выделение такой тонкой фракции, как He3,  проще осуществлять на Луне. Тем более, что концентрации, как выясняется, сравнимы...
Quem Deus vult perdere, prius dementat

ronatu

Цитата
ЦитатаСколько нужно на сжижение 1.4 млн тонн воздуха в земных условиях (ни вакуума, ни долгой лунной ночи)?
Уверен, что можно найти и менее энергоемкие способы выделения гелия ;) А сжижать уже гелий.
Я тогда тоже могу спросить - а как, например, отделять гелий от прочих газов, выделяющихся из реголита при тех же температурах. :)

Я сильно сомневаюсь, что выделение такой тонкой фракции, как He3,  проще осуществлять на Луне. Тем более, что концентрации, как выясняется, сравнимы...

Я никоим оразом не спец в этой области но вот на Интернете  :wink:  написано что это невозможно.
Почему?
Когда жизнь экзаменует - первыми сдают нервы.

ratman

ЦитатаЯ никоим оразом не спец в этой области но вот на Интернете  :wink:  написано что это невозможно.
В смысле невозможно получить гелий без полного сжижения воздуха ?
Quem Deus vult perdere, prius dementat

X

Цитата
ЦитатаЯ никоим оразом не спец в этой области но вот на Интернете  :wink:  написано что это невозможно.
В смысле невозможно получить гелий без полного сжижения воздуха ?

yep. :wink:

ratman

Ну может быть :) Не знаю - не спец... :)
Но подозреваю, что когда понадобится - что-то придумают :)
Quem Deus vult perdere, prius dementat

X

Цитата
ЦитатаСколько нужно на сжижение 1.4 млн тонн воздуха в земных условиях (ни вакуума, ни долгой лунной ночи)?
Уверен, что можно найти и менее энергоемкие способы выделения гелия ;) А сжижать уже гелий.
Я тогда тоже могу спросить - а как, например, отделять гелий от прочих газов, выделяющихся из реголита при тех же температурах. :)

Я сильно сомневаюсь, что выделение такой тонкой фракции, как He3,  проще осуществлять на Луне. Тем более, что концентрации, как выясняется, сравнимы...
А вот я не уверен... если можете - найдите. Люди страдают.
Ну, есть вариант, конечно, поставить гелий-проницаемые мембраны и гонять около них воздух под давлением... Но это тот еще вариант. По крайней мере, его, в отличие от добычи на Луне, никто нигде никогда не предлагал. :)
Атмосферный гелий в заметных (не лабораторных) количествах людям недоступен. Он гораздо дальше, чем Луна. Кажется парадоксальным?
А факт.

Гелий от прочих газов так и отделяют промышленно. Сжижением. Когда все остальное уже очень-очень жидкое, гелий все еще газ. И по фракциям: кислород - одна температура, азот - другая, водород - третья... То что осталось после в газообразном виде и будет почти чистый гелий.
Если сжижить гелий, а затем в замкнутом объеме начать отгонку паров (вакуумирование), то можно получить температуры еще более низкие. Тогда при 2.3К гелий-4 пройдет лямбда-точку и станет сверхтекучим. Отделить сверхтекучую компоненту от жидкости - плевое дело.

Вот то, что останется после такой многократной перегонки - и будет гелием-3.

Самое интересное, что на Луне в изобилии все условия для процесса, условия, создание которых на Земле влетает в большую копеечку. Это - световая энергия (днем), холод (ночью) и повсеместный глубокий и чистый вакуум, который в дцать раз уменьшает проблемы с криогеникой (мать-мать-мать, ведь единственный теплоперенос - через конструкции) и сепарацией газов (особенно - массовой).

ratman

Уговорили :) Согласен :)

Но только с оговоркой - с сегодняшнего дня перестаем говорить, что He3 на Земле мало. Его здесь больше, чем достаточно ;)

Только от этого сакраментальный вопрос не исчезает: где тот реактор в который надо загружать He3 ?
И если завтра вдруг найдется эффективный способ выделять газообразный гелий из воздуха - не проще ли оно будет ?


А так - я обеими руками за освоение Луны и прочих астральных тел :)
Quem Deus vult perdere, prius dementat

Fakir

ratman
ЦитатаКонцентрация He3 в атмосфере всего в 14 раз меньше, чем в реголите.Да - 100,000 тонн реголита содержат 1 кг He3. Но тот же самый килограмм содержится в 1.4 млн тонн обыкновенного воздуха.  

Уже прокомментировали, но я бы добавил: дело в том, что доля гелия-3 в газе, извлекаемом из реголита, выше по сравнению с его долей в земной атмосфере не в 14, а примерно в 100 000 раз (!). А, как уже отметили, именно разделение газовых фракций представляет собой основную трудность. В качестве дополнительной иллюстрации: насколько мне известно, единственным источником гелия (просто гелия) на Земле является природный газ. Гелий, выбрасываемый в атмосферу при сжигании газа (его почти не извлекают), считается безвозвратно потерянным. Так что не исключено, что после того, как спалим весь газ (что может случиться довольно скоро - если в ближайшие годы заметная часть энергетики будет переходить на газ), придётся и "обычный" гелий с Луны возить.

ЦитатаВсего получаем около 3.5 миллиона тонн He3 в атмосфере.  

Даже суммарные, "недоступные" запасы земного гелия-3 у вас получаются неожиданно большими... Я встречал только оценку в 4000 тонн, не более. Возможно, расхождение связано с распределением гелия в атмосфере по высоте.

ЦитатаЯ сильно сомневаюсь, что выделение такой тонкой фракции, как He3, проще осуществлять на Луне.

Методика разделения газов и изотопов предложена, например, харьковчанами. Я в этой области не специалист, но ИМХО выглядит вполне реально.

ЦитатаНо подозреваю, что когда понадобится - что-то придумают

Вот и придумали - с Луны возить :wink:
Напомню, что идея "лунного гелия" пошла не от "космонавтов", а от термоядерщиков. Т.е. на 85-й год (как, впрочем, и на 2005-й) других технически осуществимых и экономически приемлимых способов получения гелия-3 просто не было видно.

ЦитатаПожалуй... Но и в обратную сторону тоже - не факт...

К сожалению, шансов маловато... Разве что удастся существенно повысить напряжённость магнитного поля и/или улучшить запирание конусов потерь. Или же соорудить ТЯРД на ином подходе, не "термоядерном" в строгом смысле слова.
Лунно-термоядерная программа скорее может стать хорошей стартовой точкой для ТЯРД. Сами же ТЯРД - скорее для "кораблей дальнего плавания".

ЦитатаТолько от этого сакраментальный вопрос не исчезает: где тот реактор в который надо загружать He3 ?

"Клиент, ждите, вас обслужат" - что тут еще можно сказать? :)  Да, сейчас этого реактора нет. Но в том, что будет - можно не сомневаться (если, конечно, термоядерную программу не придушат - что в России, к сожалению, пытаются сделать  :x ). Программа ИТЭРа движется. Кроме того, есть немало альтернативных подходов к термояду (оптимальных как раз для D-He3) - хотя их суммарное финансирование значительно меньше, чем у токамаков (даже без ИТЭРа), но установки работают по всему миру, строятся новые, и уже получено немало весьма обещающих результатов. Эти работы будут продолжаться, поэтому можно смело считать, что еще через 10-15 лет работ (опять же, не забываем про достижения ИТЭРа) мы будет знать, как построить гелиевый реактор. Причём очень не исключено, что "цены вас приятно удивят".  

ЦитатаИ если завтра вдруг найдется эффективный способ выделять газообразный гелий из воздуха - не проще ли оно будет ?

Если найдут - будет проще. Если найдут способ получать энергию из вакуума или хотя бы дёшево делать солнечные батареи с КПД 90% - еще проще :) .  Только стоит ли на это рассчитывать? :wink:  "А понадеялся на русский авось..." (с) наше всё, "Сказка о попе и работнике его ...".

Fakir

Bell
ЦитатаАналогия далеко не полная. В СССР/России всегда была сильная и самобытная физическая школа.

Кто бы спорил :D
Только ведь и космической области какие-никакие школы имеются :wink:

ЦитатаС другой стороны мы не обладаем какими-либо уникальными знаниями или опытом по части полетов на Луну или ее освоения.

Тем не менее Россия обладает уникальным опытом долговременного пребывания человека в космосе, опытом долговременной эксплуатации в космосе крупных объектов. Обладает космическими технологиями - технологиями сварки, пайки и нанесения покрытий в вакууме (правда, сейчас этот опыт уже частично принадлежит Украине), работы с ферменными конструкциями. В области ядерных космических установок пока еще есть заделы, то же и с ЭРД. Есть и "биологический" опыт - от наземных исследований замкнутых СЖО до выращивания пшеницы и выведения перепёлок на "Мире". Лавочкинское КБ и старые проработки по лунной базе тоже не стоит списывать со счёта.
Так что никак нельзя сказать, что мы не обладаем знаниями и опытом, важными для создания лунной базы.  

ЦитатаВ смысле - штаты опять полетят на Луну?

В смысле - опять воткнут флаг и этим ограничатся :) Ну, может разве что флаг окажется побольше, чем в первый раз :D
 
ЦитатаВ том-то и дело - на Луну они САМИ могут полететь. И базу могут сами построить. И комбайны.

Могут. Но сколько это будет стоить и даст ли на это денег даже богатый конгресс? Они ведь и орбитальную станцию сами построить могли - однако посчитали целесообразным принять участие в международной программе.

ЦитатаА ИТЭР сами сделать - НЕ могут.

Да могли бы и сами в принципе - хотя это и обошлось бы им в сумму большую, чем стоимость всего ИТЭРа. Но программа ведь обширная, финансирования требует заметного, причём, так скз, по многим каналам - и везде есть люди, которые по тем или иным соображениям стараются его прикрыть. Всегда найдётся сотня вопрошающих - а зачем это мы тратим деньги налогоплательщиков в количестве 20-ти миллиардов непонятно на что, которое окупится чёрт-те когда?  Инерция масштабных и долгосрочных  проектов, однако.

Столь масштабные и долгосрочные проекты, как можно судить в том числе по форуму НК, вызывают резонный скепсис. Разумеется, и технический, и экономический риск не равен нулю, 100%-е гарантии дать невозможно. Поэтому снижение "удельных" расходов крайне важно для всех заинтересованных участников.

KBOB

Цитата
ЦитатаЛюбопытно было бы взглянуть - из каких соображений вы считали? Все доступные мне оценки хоть и расходятся в мелочах, но единодушно утверждают, что земные запасы гелия-3 весьма малы и на десятилетия их ну никак не хватит (собственно, я приводил эти оценки в первых постах).

Очень просто. Отношение He3/He4 для атмосферного гелия: 1:700,000 (Британника).
Процент гелия в атмосфере: 0.0007. Масса атмосферы: 5*10^18 кг.

http://en.wikipedia.org/wiki/Helium
http://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_atmosphere#Density_and_mass


Концентрация He3 в атмосфере всего в 14 раз меньше[/size], чем в реголите. Да - 100,000 тонн реголита содержат 1 кг He3. Но тот же самый килограмм содержится в 1.4 млн тонн обыкновенного воздуха. Спрашивается - что легче достать и переработать ?

Всего получаем около 3.5 миллиона тонн He3[/size] в атмосфере.
Думаю, на первое время хватит... ;) А вы спорите...


P.S. Если Википедия у кого-то не вызывает доверия, то Британника цифры тоже подтверждает...

Гелий-3(4) является ПОБОЧНЫМ продуктом в процессе разделения воздуха, основным продуктом которого является кислород применяемый в металургии, либо азот используемый в процессе синтеза аммика.
Высокая потребность металуогической промышленности СССР в кислороде во время второй мировой войны вынудила разработать дешевый и эффективный способ разделения воздуха предложенный Капицей.
Кстати этот самый Капица в последствии занимался изучением свертекучих свойств гелия, понятно откуда взятого!

Потребность в азотный удобрениях также диктует увеличение объемов
переработки атмосферного воздуха.

Собственно если бы на каждом металлургическом и аммиачном производстве была бы налажена работа с побочно получаемым гелием, то на луну я думаю летать было бы незачем!!!!!!!!!!
Россия больше чем Плутон.

Fakir

KBOB
ЦитатаГелий-3(4) является ПОБОЧНЫМ продуктом в процессе разделения воздуха, основным продуктом которого является кислород применяемый в металургии, либо азот используемый в процессе синтеза аммика.

Источником такой информации не угостите?

Вот что пишут товарищи, специализирующиеся на производстве технических газов ( http://www.niikm.ru/gaz/prod_geliy.htm ):

"Газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов."

ЦитатаВысокая потребность металуогической промышленности СССР в кислороде во время второй мировой войны вынудила разработать дешевый и эффективный способ разделения воздуха предложенный Капицей.

Однако этот способ во время войны не был доведен до промышленных масштабов - см., напр., "Двадцать два отчета академика П.Л.Капицы" в сб. "Краткий миг торжества".

ЦитатаКстати этот самый Капица в последствии занимался изучением свертекучих свойств гелия, понятно откуда взятого!

Непонятно :D  Жидким гелием Капица начал заниматься задолго до войны (турбодетандер он создал еще в Англии, криогенная лаборатория Лондонского Королевского общества, Мондовская лаборатория, директором которой был назначен Капица, открыта официально в 1933-м), сверхтекучесть открыта в 1938-м.

X

ЦитатаЦитата:
Гелий-3(4) является ПОБОЧНЫМ продуктом в процессе разделения воздуха, основным продуктом которого является кислород применяемый в металургии, либо азот используемый в процессе синтеза аммика.  

Источником такой информации не угостите?

ЭКСКУРСИЯ НА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ЗАВОДЫ.

ЦитатаВот что пишут товарищи, специализирующиеся на производстве технических газов ( http://www.niikm.ru/gaz/prod_geliy.htm ):

"Газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов."

Цитата:
Высокая потребность металуогической промышленности СССР в кислороде во время второй мировой войны вынудила разработать дешевый и эффективный способ разделения воздуха предложенный Капицей.  

Однако этот способ во время войны не был доведен до промышленных масштабов - см., напр., "Двадцать два отчета академика П.Л.Капицы" в сб. "Краткий миг торжества".
http://chemistry.narod.ru/tablici/Elementi/NE/Ne.htm
ЦитатаКак получают неон

Воздух -- единственный реальный источник неона. В процессе разделения воздуха низкотемпературной ректификацией самые летучие его компоненты -- гелий и неон-- уходят в первую фракцию.. Ее отбирают из-под крышки-конденсатора воздухоразделительного аппарата.

В этой первичной смеси неона с гелием -- от трех до десяти процентов (остальное -- азот) это вполне естественно, ведь в 1000 литрах воздуха неона только 18,2 см3, а гелия 5 см3. Смесь направляют в дефлегматор, где большая часть азота конденсируется, и содержание неона и гелия в смеси повышается до 35--40%. В другом аппарате-- дефлегматоре-адсорбере, где конденсация азота сочетается с адсорбцией, удается почти полностью освободиться от азота. В зависимости от степени очистки получаемая нео-но-гелиевая смесь содержит 30--75% Ne и 10--25% Не.

В СССР баллоны с неоно-гелиевой смесью окрашивают в светло-коричневый цвет с белой надписью, а баллоны с одним неоном -- в черный цвет с желтой полосой.

Техника обычно довольствуется неоно-гелиевой смесью, но иногда нужен и чистый неон. Поэтому смесь легких инертных газов разделяют адсорбционно-термическим методом на угле при глубоком холоде или замораживают неон до твердого состояния.

Из природного газа получают только гелий-4, потому что именно он является одним из продуктов радиоактивного распада урана (альфа частица).

Как! Во время войны Капица не доделал промышленное производство кислорода? И его не расстреляли? Неверю (c).

KBOB

Добавлю к предидушему посту.

http://chemistry.narod.ru/tablici/Elementi/HE/HE.HTM
ЦитатаВ основном земной гелий образуется при радиоактивном распаде урана-238, урана-235, тория и нестабильных продуктов их распада. Несравнимо меньшие количества гелия дает медленный распад самария-147 и висмута. Все эти элементы порождают только тяжелый изотоп гелия -- ''Не, чьи атомы можно рассматривать как останки альфа-частиц, захороненные в оболочке из двух спаренных электронов -- в электронном дублете. В ранние геологические периоды, вероятно, существовали и другие, уже исчезнувшие с лица Земли естественно радиоактивные ряды элементе», насыщавшие планету гелием. Одним из них был ныне искусственно воссозданный нептуниевый ряд.

Природные соединения, в составе которых есть альфа-активные итотопы, это только первоисточник, но не сырье для промышленного получения гелия. Правда, некоторые минералы, обладающие плотной структурой -- самородные металлы, магнетит, гранат, апатит, циркон и другие,-- прочно удерживают заключенный в них гелий. Однако большинство минералов с течением времени подвергается процессам выветривания, перекристаллизации и т. д., и гелий из них уходит.

Высвободившиеся из кристаллических структур гелиевые пузырьки отправляются в путешествие по земной коре. Очень незначительная часть их растворяется в подземных водах. Для образования более или менее концентрированных растворов гелия нужны особые условия, прежде всего большие давления. Другая часть кочующего гелия через поры и трещины минералов выходит в атмосферу. Остальные молекулы газа попадают в подземные ловушки, в которых скапливаются в течение десятков, сотен миллионов лет. Ловушками служат пласты рыхлых пород, пустоты которых заполняют газом. Ложем для таких газовых коллекторов обычно служат вода или нефть, а сверху их перекрывают газонепроницаемые толщи плотных пород.

Так как в земной коре странствуют и другие газы (главным образом -- метан, азот, углекислота), и притом в гораздо больших количествах, то чисто гелиевых скоплений не существует. Гелий в природных газах присутствует как незначительная примесь. Содержание его не превышает тысячных, сотых, редко -- десятых долей процента. Большая (1,5--10%) гелиеносность метано-азотных месторождений -- явление крайне редкое.

http://www.bigpi.biysk.ru/encicl/articles/11/1001152/1001152A.htm
ЦитатаРЕКТИФИКАЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА
Различные газы, входящие в состав атмосферного воздуха, можно преобразовать в жидкое и даже твердое состояние, если соответственно повысить давление и понизить температуру. Люди нашли для воздуха многочисленные и разнообразные применения. Масштабы применения газовых компонентов атмосферного воздуха в науке и технике, промышленности и быту во много раз расширились после того, как был разработан способ разделения воздушной смеси на отдельные компоненты.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗДЕЛЕННЫХ ГАЗОВ
Водород, гелий и углекислый газ. Эти газы в больших количествах производятся другими методами, при которых их производство обходится дешевле. Поэтому после выделения в процессе ректификационного разделения воздуха их обычно выпускают в атмосферу.
Ответ находится в последнем абзаце. Гелий получаемый из метано-азотных месторождений это гелий-4, а атмосферный гелий - смесь гелия-3 и -4 выбрасывается в атмосферу. Абыдно.
Россия больше чем Плутон.

Bell

КВОВ, прекратите флуд!  :evil:

От перегонки кислорода и азота до разделения изотопов гелия - как до Китая раком. Технические проблемы и стоимость растут экспоненциально по мере приближения к 0К. Т.е. если построить и эксплуатировать кислородно-азотный завод стоит 1 у.е., то гелиевое производство на нем будет стоить уже все 1 000.
На самом деле, легче уж до Луны добратся...
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун

Harsky

ЦитатаАналогия далеко не полная. В СССР/России всегда была сильная и самобытная физическая школа. А это дает определенные ПРЕИМУЩЕСТВА перед остальными участниками проекта и при этом облегчает им работу.
С другой стороны мы не обладаем какими-либо уникальными знаниями или опытом по части полетов на Луну или ее освоения.
Фишки нет, понимаете? В ИТЭРе есть, а тут - нет! Это меняет весь расклад, ибо участие России не становится необходимостью :( Во всяком случае конкретно для штатов.

неверный взгляд на вещи. конечно очень заманчиво взять в партнеры кого-то со всеми готовыми наработками и ни о чем не думать, но так не бывает. пример с МКС - скажите, каких технологий не было у американцев, раз они взяли в долю РФ? да, крупноблочных конструкций не собирали. но стыковки были. мало жили на орбите? но опыт есть. ну и т.д. Тут вся фишка в том что опыт у партнеров должен быть комплементарным (хотя бы отчасти). так каждая сторона может немало сэкономить на разработках, не говоря уже о прямом финансировании поделенном на несколько участников. с базой на луне может получиться так же (не означает что так и получится). у нас нет уникальной технологии полетов на луну, но есть опыт пилотируемых полетов, посадок на другие тела, когда-то (как и у них) были большие РН и пр. пр.
надо считать ;)

Fakir

Bell, не горячитесь :)
Раз гелий из воздуха в качестве побочного продукта так или иначе получают - надо разобраться с экономической стороной вопроса.

Я всё же очень сильно подозреваю, что получение именно гелия-3 из атмосферы окажется дороже добычи на Луне. Во-первых, потому, что для получения 1 кг гелия-3 придётся ожижить огромные массы газа (воздуха), в сотню тысяч раз большие, чем на Луне. Это только для выделения газовой фракции. Во-вторых, вследствие низкого содержания гелия-3 в земном гелии по сравнению с лунным (1:700 000 против 1:3000) на Земле придётся доводить до температур порядка 2 К в сотни раз большие массы гелия. Сдаётся мне, что вся музыка окажется очень дорогой. С цифрами в руках доказать не могу, но думаю, что всё же не зря никто не предлагал получать гелий-3 из атмосферы.

Fakir

ЦитатаКак! Во время войны Капица не доделал промышленное производство кислорода? И его не расстреляли? Неверю (c).

Правильно не верите. Я проврался, память подвела. Установки Капицы давали кислород начиная с 41-го года, это уже после войны на его турбокомпрессорный метод покатили бочку, некрасивая была история. Впрочем, это оффтоп.

Bell

ЦитатаBell, не горячитесь :)
Раз гелий из воздуха в качестве побочного продукта так или иначе получают - надо разобраться с экономической стороной вопроса.
...
Да чего тут горячится? Чтоб получить 1 т гелия-3 надо со 100% выходом (!) перегнать 100 миллиардов тонн воздуха! или примерно 83 000 куб. км :shock:  :shock:  :shock:
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун

ratman

ЦитатаЧтоб получить 1 т гелия-3 надо со 100% выходом (!) перегнать 100 миллиардов тонн воздуха!
Не 100 миллиардов, а 1.4 миллиарда.
По сравнению с 100 миллионами тонн реголита.
Quem Deus vult perdere, prius dementat

Bell

Эээ...
Что-то у вас не вяжется.  :?
В 1 т воздуха 0,0007% или 0,000007 т гелия всего, так? Гелия-3 в нем только 1/700 000 часть, так? Ну вот и делим 0,000007 на 700 000, получается 1/100 000 000 000 - именно одна стомилиардная.

А вы как считали?
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун