Hvordan Lunar Soil Kunne Fremtvinge Fremtiden

{h1}

Gruve månen til helium kunne forsyne jorden med ren, rigelig energi.

Redaktørens note: Hver onsdag WordsSideKick.com undersøger levedygtigheden af ​​nye energiteknologier - fremtidens kraft.

Månen er igen en populær destination, da flere rumfartsnationer taler om at etablere baser der. En grund ville være at min brændstof til fremtidige fusionsreaktorer.

Brændstoffet i dette tilfælde er helium-3, en lettere isotop af heliumet, der anvendes i balloner. Ved høje energikollisioner helium-3 fusioner med andre kerner for at frigøre mere energi og mindre affald end reaktionerne i traditionelle atomreaktorer.

"Hvis vi kan vise, at vi kan brænde helium-3, er det en meget renere og mere sikker energikilde end andre nukleare brændstoffer," siger Gerald Kulcinski, direktør for Fusion Technology Institute ved University of Wisconsin i Madison.

Kun 40 tons af disse ting har nok potentiel energi til at opfylde den samlede amerikanske elforbrug i et år. Der er imidlertid næsten ingen helium-3 på jorden. Den nærmeste forsyning er på månen.

Flere rumbureauer, især i Kina, Rusland og Indien, har nævnt helium-3 som en potentiel gevinst for deres måneprojekter.

"Jeg tror ikke, at den vigtigste motivation til at gå tilbage til månen er helium-3," siger Kulcinski. "Men på lang sigt står vi over for et energiproblem."

Fusionsopløsning

Den nuværende kernekraft er baseret på fission, hvor en stor kerne (som uran) adskilles i mindre kerne.

Alternativet er fusion, hvor to små kerner kommer sammen for at danne en større kerne og frigive rigelige mængder energi.

En kommerciel fusionsreaktor er aldrig blevet bygget, men en prototype kaldet International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) er lige begyndt at bygge i Cadarache, Frankrig. Planen er at generere den nødvendige 100 millioner grader plasma inden år 2016, men et kraftværk, der kan levere elektricitet, kan ikke komme online yderligere 20 år efter det.

Reaktionen, som vil forekomme i ITER, er sammensmeltningen af ​​to hydrogenisotoper: deuterium og tritium. En bekymring er, at tritium er radioaktivt og en bestanddel af atomvåben, så man skal være forsigtig med at håndtere det.

Et andet problem er de meget energiske neutroner, der udsendes fra deuterium-tritiumreaktionen. Disse neutroner slam ind i reaktorvæggen og forårsager strukturelle skader. Det forventes, at væggene i ITER bliver nødt til at blive udskiftet hver til to år, sagde Kulcinski.

Det er derfor, Kulcinski og andre fortaler handel med tritium med ikke-radioaktiv helium-3.

"Fordelen er, at den giver meget få neutroner," sagde Rich Nebel fra Emc2 Fusion, et selskab med base i Santa Fe, N.M. "Dette reducerer strålingsproblemer og forenkler også engineering.

Herudover oplades reaktionsprodukterne af helium-3-fusion, så deres energi kan omdannes direkte til elektricitet uden at skulle gennemgå det ineffektive trin med kogende vand for at gøre damp.

Helium kilder

På trods af dets tilsyneladende tiltrækningskraft bliver helium-3 ofte forsømt af fusionsforskere. En grund er, at Jorden har meget lidt af det. En lille del af helium-3 opsamles som et uønsket biprodukt inden for atomvåben og sælges til omkring $ 1.000 pr. Gram, siger Kulcinski.

En kontinuerlig tilførsel af helium-3 kan findes i solvinden, men vores planetens magnetfelt afbøjer disse partikler væk. Det samme er ikke sandt på månen. Månen har samlet 1 million til 5 millioner tons helium-3, fra solvinden, over sin 4,5 milliarder års historie, sagde Kulcinski.

Bevis for dette blev fundet i månens klipper (bragt tilbage af apollo astronauterne og russiske rovers) på et niveau på 10 til 20 dele pr. Milliard.

"Helium-3 er til stede på månen, men i meget små koncentrationsniveauer, hvilket betyder at mange hundrede millioner tons jord skal behandles for at udtrække et ton helium-3", siger Paul Spudis fra Lunar og Planetary Institute, en NASA-finansieret forskningsinstitution.

Denne ekstraktion kræver opvarmning af månens støvpartikler til omkring 1300 grader Fahrenheit (700 grader Celsius), siger Spudis.

Kulcinski og hans kolleger har designet rovers, som kunne bevæge sig langs overfladen, skrabe op lunarjord og opvarme det med koncentreret sollys.

En sådan minedrift ville hente 300 gange mere energi end den bruger (inklusive al den energi, der skal flyve til månen og tilbage), Kulcinski estimater. Til sammenligning returnerer kuldefinering 15-20 gange den energi, der indføres. Hans hold har vurderet, at det kan koste omkring 800 millioner dollars at bringe hver ton lunar helium-3 tilbage.

Det kan lyde som meget, men hvis du kunne sælge fusionsenergien til en pris svarende til benzin baseret på olie på $ 100 pr. Tønde, ville helium-3 være værd at 10 mia. Dollars pr. Ton.

"Vores reelle udfordring er ikke at opnå helium-3, det viser at vi kan brænde det," sagde Kulcinski.

Svære at brænde

Brændende helium-3 kræver højere start energi end brændende hydrogenisotoper. Derfor overvejer ITER ikke helium-3 som et muligt brændstof på dette tidspunkt.

Kulcinskis gruppe arbejder dog på en anden metode - kaldet inertiel elektrostatisk indeslutning (IEC) - for at opnå fusionsreaktioner. I stedet for at bruge magnetiske felter til at begrænse et meget varmt plasma som ITER planer om at gøre, arbejder IEC ved at accelerere kerner mod hinanden med elektriske felter.

Kulcinski og hans samarbejdspartnere har formået at opretholde nuklear fusion i deres lille prototype system.Virksomheden Emc2 Fusion arbejder også på et lignende design.

Imidlertid kræver alle disse IEC-demonstrationer i hvert fald for meget mere input energi end de kan levere. De fleste forskere er enige om, at helium-3 sandsynligvis ikke er det første brændstof, der anvendes i fusionsreaktorer.

"Man bør aldrig sige aldrig - det kan ske, at helium-3 kunne blive en vigtig energikilde i det kommende århundrede," sagde Spudis. "Den tid er ikke kommet endnu. Og jeg formoder, at det stadig er lidt tid."


Video Supplement: American Foreign Policy During the Cold War - John Stockwell.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com