Энергетическая проблемаСжигание запасов органического топлива на Земле ставит перед чловечеством все новые и новые проблемы. Запасов остается все меньше, а их использование бросает новые вызовы. Что дальше?
Это заставляет искать альтернативные источники энергии.
Какое-то время в качестве альтернативы рассматривали ядерную энергетику. И уже успели построить сотни ядерных электростанций, «сжигающих» обогащенный уран вместо угля.
Однако уран — лишь временная мера для человечества в энергопроизводстве. Ученые мира считают, что на смену ядерной (урановой) энергетике должна прийти термоядерная, основывающаяся на реакциях синтеза ядер атомов гелия из ядер атомов водорода.
(10.1)
И хотя на один атом гелия тут тепла выделяется в7,5 раз меньше, чем на один атом урана при делении его ядра, но масса атома гелия в 59 раз меньше массы атома урана. Поэтому «калорийность» водородного «топлива» в пересчете на килограмм вещества почти в 8 раз выше, чем уранового. Да и запасов водорода в природе столько, что если бы удалось осуществить процесс ( 10.1 ) в земных условиях в управляемом режиме, то энергетическая проблема была бы навсегда решена.
Однако реакции (10.1) в природе не существует. Она написана как сумма трех последовательных ядерных реакций:
(10.2)
Эту группу реакций называют водородным циклом и предполагают, что по такой цепочке реакций происходит превращение водорода в гелий в недрах большинства звезд, в том числе и Солнца.
Первую из этих ядерных реакций в земных условиях никто никогда не наблюдал, даже на ускорителях со встречными пучками протонов. Только теоретики сосчитали, что такая реакция может иногда случаться, когда сталкиваются два протона. Но она настолько редка, что ждать такого случая на ускорителе придется миллиард лет. Это время, соизмеримое со временем жизни звезд, а не людей. Но поскольку в природном водороде всегда имеются примеси дейтерия 
, рассуждают теоретики, то значит, такая реакция в звездах все-таки идет. Других путей для появления дейтерия в природе теоретики не видят.
Но, слава Богу, что дейтерий все-таки существует. В любом природном соединении водорода на 6800 атомов протия 1H приходится один атом дейтерия (это 0,015%.) Дейтерий считается надеждой человечества в решении энергетической проблемы. Ведь технология выделения тяжелой (дейтериевой) воды из обычной достаточно хорошо отработана, а потому добыча дейтерия — не проблема, хоть и дорогое удовольствие. Его запасы в водах мирового океана практически безграничны.
А далее надо лишь нагреть сосуд с дейтерием до термоядерных температур, чтобы началась реакция:
(10.3) или 
(10.4)
в результате которой начнется вожделенное энерговыделение.
Во второй из этих реакций получается, правда, тритий 3Т, а не гелий, но и тритий в хозяйстве может пригодиться. Ведь его ядра довольно активно реагируют с ядрами дейтерия:
(10.5)
Чтобы зажечь эту реакцию в земных условиях требуется нагреть смесь дейтерия с тритием «всего» до 100 миллионов градусов.
Однако можно ориентироваться не на реакцию (10.5), а на реакцию
(10.8)
Правда, для ее осуществления нужны температуры в 8 раз большие, чем для реакции (10.5), но, теперь это не проблема.
Проблема в том, где взять необходимый гелий-3. На Земле и обыкновенного гелия-4 не так уж много, а изотопа 3Не в нем содержится всего лишь 1,3 o 10-4(10 в минус 4 степени) %! Считается, что в разведанных недрах Земли его содержится не более 300 кг. Сейчас во всем мире для исследовательских целей накоплено всего несколько десятков килограммов ге-лия-3, как сто лет назад было накоплено всего несколько граммов радия.
Но взгляните на реакцию (10.8) — в ней уже не участвуют радиоактивные вещества!
А неисчерпаемые запасы гелия-3, оказывается, имеются на Луне. В образцах лунного грунта обнаружено от 7 до 36 г гелия-3 на тонну грунта. Это больше, чем содержание золота в богатых его месторождениях на Земле. Только гелий-3 много ценнее золота.
В будущем на Луне возможны поселки для добычи гелия-3 и отправки его космическими контейнерами на Землю. И это будет рентабельно, хотя и связано с огромными затратами. На добычу и доставку 1 кг гелия-3 потребуется 2,4 o 1012(10 в 12 степени) Дж энергии. (При стоимости 1 кВт-часа электроэнергии по 0,2 доллара США себестоимость 1 кг лунного гелия-3 составит 130 тысяч долларов.) А реакция ( 10.8) дает в 250 раз больше энергии с каждого килограмма гелия-3. Напомним, что добыча угля обходится всего лишь в 16, а урана — в 20 раз дешевле той электроэнергии, которую сейчас вырабатывают, используя эти источники энергии. Так что добыча гелия-3 на Луне будет предприятием высокорентабельным.
Не менее интересной представляется и идея холодного ядерного синтеза.
По материалам публикации: «Энергия вращения» Ю.С. Потапов, Л.П. Фоминский, С.Ю. Потапов
Комментарии