Hoe Lunar Soil De Toekomst Kan Versterken

{h1}

De maan voor helium te winnen zou de aarde van schone, overvloedige energie kunnen voorzien.

Opmerking van de uitgever: Elke woensdag onderzoekt WordsSideKick.com de haalbaarheid van opkomende energietechnologieën - de kracht van de toekomst.

De maan is opnieuw een populaire bestemming, aangezien verschillende ruimtevarende naties het hebben over het opzetten van bases daar. Een reden zou zijn om brandstof te smelten voor toekomstige fusiereactoren.

De brandstof is in dit geval helium-3, een lichtere isotoop van het helium dat in ballonnen wordt gebruikt. Bij botsingen met hoge energie smelt helium-3 samen met andere kernen om meer energie en minder afval vrij te maken dan de reacties in traditionele kernreactoren.

"Als we kunnen aantonen dat we helium-3 kunnen verbranden, is het een veel schonere en veiligere energiebron dan andere nucleaire brandstoffen", zegt Gerald Kulcinski, directeur van het Fusion Technology Institute aan de Universiteit van Wisconsin in Madison.

Slechts 40 ton van dit materiaal heeft genoeg potentiële energie om een ​​jaar lang te voldoen aan de totale Amerikaanse vraag naar elektriciteit. Er is echter bijna geen helium-3 op aarde. Het dichtstbijzijnde aanbod is op de maan.

Verschillende ruimteagentschappen, met name in China, Rusland en India, hebben helium-3 genoemd als een potentiële uitbetaling voor hun maanprojecten.

"Ik denk niet dat de belangrijkste motivatie om terug te gaan naar de maan helium-3 is," zei Kulcinski. "Maar op de lange termijn hebben we te maken met een energieprobleem."

Fusion-oplossing

Alle huidige kernenergie is gebaseerd op splijting, waarbij een grote kern (zoals uranium) uit elkaar valt in kleinere kernen.

Het alternatief is fusie, waarbij twee kleine kernen samenkomen om een ​​grotere kern te vormen en grote hoeveelheden energie vrijgeven.

Er is nog nooit een commerciële fusiereactor gebouwd, maar een prototype genaamd de Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER) is net begonnen met de bouw in Cadarache, Frankrijk. Het plan is om het benodigde 100 miljoen graden plasma tegen het jaar 2016 te genereren, maar een elektriciteitscentrale die elektriciteit kan leveren, komt mogelijk nog geen 20 jaar later online.

De reactie die zal plaatsvinden in ITER is de fusie van twee waterstofisotopen: deuterium en tritium. Een zorg is dat tritium radioactief is en een onderdeel is van kernwapens, dus moet er voorzichtig mee worden omgegaan.

Een ander probleem zijn de hoog energetische neutronen die worden uitgestoten door de deuterium-tritiumreactie. Deze neutronen slaan tegen de reactorwanden en veroorzaken structurele schade. De verwachting is dat de muren in ITER om de één tot twee jaar moeten worden vervangen, zei Kulcinski.

Dit is de reden waarom Kulcinski en anderen ervoor pleiten om het tritium te verhandelen met niet-radioactief helium-3.

"Het voordeel is dat het heel weinig neutronen maakt", zegt Rich Nebel van Emc2 Fusion, een bedrijf gevestigd in Santa Fe, N.M. "Dit vermindert stralingsproblemen en vereenvoudigt ook de engineering enorm."

Verder worden de reactieproducten van helium-3-fusie geladen, zodat hun energie direct in elektriciteit kan worden omgezet zonder door de inefficiënte stap van kokend water te gaan om stoom te maken.

Heliumbronnen

Ondanks de schijnbare aantrekkelijkheid wordt helium-3 vaak verwaarloosd door fusieonderzoekers. Een reden is dat de aarde er maar heel weinig van heeft. Een klein deel van helium-3 wordt verzameld als een ongewenst bijproduct in kernwapens en verkocht voor ongeveer $ 1.000 per gram, zei Kulcinski.

Een continue toevoer van helium-3 kan worden gevonden in de zonnewind, maar het magnetisch veld van onze planeet leidt deze deeltjes af. Hetzelfde is niet waar op de maan. De maan heeft 1 miljoen tot 5 miljoen ton helium-3 verzameld uit de zonnewind gedurende zijn 4,5 miljard jaar geschiedenis, zei Kulcinski.

Bewijs hiervoor werd gevonden in de maanrotsen (teruggebracht door de Apollo-astronauten en Russische rovers) op een niveau van 10 tot 20 delen per miljard.

"Helium-3 is aanwezig op de maan, maar in zeer kleine concentratieniveaus, wat betekent dat vele honderden miljoenen tonnen grond moeten worden verwerkt om een ​​ton helium-3 te extraheren," zei Paul Spudis van het Lunar and Planetary Institute, een door NASA gefinancierde onderzoeksinstelling.

Deze extractie vereist het verwarmen van maanstofdeeltjes tot ongeveer 1.300 graden Fahrenheit (700 graden Celsius), zei Spudis.

Kulcinski en zijn collega's hebben rovers ontworpen die langs het oppervlak kunnen bewegen, maangrond opschrapen en het met geconcentreerd zonlicht verwarmen.

Zo'n mijnbouw zou 300 keer meer energie terughalen dan het gebruikt (inclusief alle energie om naar de maan en terug te vliegen), schat Kulcinski. Ter vergelijking: steenkool uit de mijnbouw levert 15-20 keer zoveel energie op. Zijn team schat dat het ongeveer 800 miljoen dollar kost om elke ton maanhelium-3 terug te brengen.

Dit klinkt misschien als veel, maar als je de fusie-energie zou kunnen verkopen tegen een prijs die vergelijkbaar is met benzine op basis van olie van $ 100 per vat, dan zou het helium-3 $ 10 miljard per ton waard zijn.

"Onze echte uitdaging is niet het verkrijgen van het helium-3, het laat zien dat we het kunnen verbranden," zei Kulcinski.

Moeilijk om te verbranden

Het verbranden van helium-3 vereist hogere initiële energie dan het verbranden van waterstofisotopen. Dit is de reden waarom ITER helium-3 momenteel niet als mogelijke brandstof beschouwt.

De groep van Kulcinski werkt echter aan een andere methode - inertiële elektrostatische opsluiting (IEC) - voor het bereiken van fusiereacties. In plaats van magnetische velden te gebruiken om een ​​zeer heet plasma zoals ITER-plannen te beperken, werkt IEC door kernen met elkaar te versnellen met elektrische velden.

Kulcinski en zijn medewerkers zijn erin geslaagd om kernfusie in hun kleine prototypesysteem te ondersteunen.Het bedrijf Emc2 Fusion werkt ook aan een vergelijkbaar ontwerp.

Al deze IEC-demonstraties vereisen echter op dit moment veel meer inputenergie dan ze kunnen leveren. De meeste onderzoekers zijn het erover eens dat helium-3 waarschijnlijk niet de eerste brandstof is die in fusiereactoren wordt gebruikt.

"Je moet nooit nooit zeggen - het kan gebeuren dat helium-3 de komende eeuw een belangrijke energiebron kan worden", zei Spudis. "Die tijd is nog niet gekomen en ik vermoed dat het nog een tijdje vrij is."


Video Supplement: Let It Be — Satsang with Moojibaba at The Beatles Ashram – A Must See Video!.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com