Гелий 3 на луне

Содержание

Гелий-3

У этого термина существуют и другие значения, см. Гелий (значения).

Гелий-3

Название, символ

Гелий-3, 3He

Нейтронов

Свойства нуклида

Атомная масса

3,0160293191(26) а. е. м.

Дефект массы

14 931,2148(24) кэВ

Удельная энергия связи (на нуклон)

2 572,681(1) кэВ

Изотопная распространённость

0,000137(3) %

Период полураспада

стабильный

Родительские изотопы

3H (β−)

Спин и чётность ядра

1/2+

Таблица нуклидов

Ге́лий-3 — более лёгкий из двух стабильных изотопов гелия. Ядро гелия-3 (гелион) состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от гелия-4, имеющего в составе два протона и два нейтрона.

Распространённость

Природная изотопная распространённость гелия-3 в атмосфере Земли составляет 0,000137 % (1,37 частей на миллион по отношению к гелию-4); в других резервуарах она может очень сильно отличаться в результате природного фракционирования и т. п.. Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается в 35 000 тонн. Оба изотопа гелия постоянно улетучиваются из атмосферы в космос, однако убыль гелия-4 на Земле восполняется за счёт альфа-распада урана, тория и их дочерних нуклидов (альфа-частица представляет собой ядро гелия-4). В отличие от более тяжёлого изотопа, гелий-3 не появляется в процессах радиоактивного распада (за исключением распада космогенного трития). Бо́льшая часть гелия-3 на Земле сохранилась со времён её образования. Он растворён в мантии и постепенно поступает в атмосферу; его изотопная распространённость в мантийной магме составляет 4—10 частей на миллион частей гелия-4, а некоторые материалы мантийного происхождения имеют в 10—40 раз большее соотношение, чем в атмосфере. Однако его поступление из мантии в атмосферу (через вулканы и разломы в коре) оценивается всего в несколько килограммов в год. Некоторая часть гелия-3 возникает при распаде трития, в реакциях скалывания на литии (под действием альфа-частиц и космических лучей), а также поступает из солнечного ветра. На Солнце и в атмосферах планет-гигантов первичного гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли.

В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. В результате тонна лунного грунта (в тончайшем приповерхностном слое) содержит порядка 0,01 г гелия-3 (до 50 ppb) и 28 г гелия-4; это изотопное соотношение (~0,043 %) значительно выше, чем в земной атмосфере.

Открытие

Существование гелия-3 было предположено австралийским ученым Марком Олифантом во время работы в Кембриджском университете в 1934 году. Окончательно открыли этот изотоп Луис Альварес и Роберт Корног в 1939 году.

Физические свойства

Атомная масса гелия-3 равна 3,016 (у гелия-4 она равна 4,0026, ввиду чего их физические свойства весьма отличаются). Гелий-3 кипит при 3,19 К (гелий-4 — при 4,23 К), его критическая точка равна 3,35 К (у гелия-4 — 5,19 К). Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л, тогда как у гелия-4 она равна 124,73 г/л, в 2 раза больше. Удельная теплота испарения равна 26 Дж/моль (у гелия-4 — 82,9 Дж/моль).

Газообразный гелий-3 при нормальных условиях (T = 273,15 K = 0 °C, P = 101 325 Па) имеет плотность 0,1346 г/л. Соответственно, объём одного грамма гелия-3 при н.у. равен 7,43 литра.

Жидкий гелий-3

См. также: Сверхтекучесть

Квантовая жидкость, существенно отличающаяся по свойствам от жидкого гелия-4. Жидкий гелий-3 удалось получить только в 1948 году. В 1972 году в жидком гелии-3 был обнаружен фазовый переход в сверхтекучее состояние при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм (ранее считалось, что сверхтекучесть, как и сверхпроводимость — явления, характерные для бозе-конденсата, то есть кооперативные явления в среде с целочисленным спином объектов). За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 году Д. Ошерову, Р. Ричардсону и Д. Ли была присуждена Нобелевская премия по физике.

В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены А. А. Абрикосов, В. Л. Гинзбург и Э. Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3.

Получение

В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников (на Земле доступны незначительные количества гелия-3, чрезвычайно трудные для добычи), а создаётся при распаде искусственно полученного трития.

Тритий производится отдельными государствами как компонент для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах. Несколько сотен тысяч литров гелия-3 были наработаны в рамках оружейных ядерных программ, однако эти запасы уже недостаточны для существующего в США спроса. Дополнительно около 8 тыс. литров гелия-3 в год получают из распада запасов трития в США. В связи с растущей нехваткой гелия-3 рассматривались такие ранее экономически нецелесообразные возможности его производства, как получение в водных ядерных реакторах, выделение из продуктов работы тяжеловодных ядерных реакторов, производство трития или гелия-3 на ускорителях частиц, экстракция естественного гелия-3 из природного газа или атмосферы.

Стоимость

Средняя цена гелия-3 в 2009 году составляла, по некоторым оценкам, порядка 930 USD за литр.

Планы добычи гелия-3 на Луне

Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце, и в некотором количестве содержится в солнечном ветре и межпланетной среде. Попадающий в атмосферу Земли из межпланетного пространства гелий-3 быстро диссипирует обратно, его концентрация в атмосфере чрезвычайно низка.

Луна, у которой нет атмосферы, сохраняет значительные количества гелия-3 в поверхностном слое, по отдельным оценкам до 500 тыс. тонн, по другим — около 2,5 млн тонн.

Гипотетически, при термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти (однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции). Следовательно, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 (по максимальным оценкам) могло бы хватить примерно на пять тысячелетий. Основной проблемой (если проигнорировать проблему реализуемости управляемых термоядерных реакторов с подобным горючим) остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Как упомянуто выше, содержание гелия-3 в реголите составляет ~1 г на 100 т. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать на месте не менее 100 млн тонн грунта.

НАСА разрабатывала эскизные проекты гипотетических установок по переработке реголита и выделению гелия-3.

В январе 2006 года глава РКК «Энергия» Николай Севастьянов заявил, что Россия планирует создать постоянную базу на Луне и отработать транспортную схему по доставке на Землю гелия-3 уже к 2015 году (при условии достаточного финансирования), а ещё через 5 лет начать промышленную добычу изотопа. По состоянию на 2019 год постоянная база еще не была открыта. В ноябре 2018 года глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин вновь подтвердил возможность использования гелия-3 как основы для ракетного топлива; при этом, одновременно с Дмитрием Рогозиным, академик РАН Лев Зелёный заявил о практической бесполезности добычи гелия-3.

Использование

Бо́льшая часть производимого в мире гелия-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Остальные применения пока не выходят за пределы научных лабораторий.

Счётчики нейтронов

Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. В этих счётчиках происходит реакция

n + 3He → 3H + 1H + 0,764 МэВ.

Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.

Значительно возросшее после 2001 года производство нейтронных мониторов (для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма) привело к сокращению запасов гелия-3; так, запасы, принадлежащие правительству США, с 1990 по 2001 год монотонно росли со 140 до 235 тыс. литров н.у., но к 2010 году уменьшились до 50 тыс. л н.у.

Получение сверхнизких температур

Основная статья: Рефрижератор растворения

Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур.

Медицина

Поляризованный гелий-3 (он может долго храниться) недавно начал использоваться в магнитно-резонансной томографии для получения изображения лёгких с помощью ядерного магнитного резонанса.

Гелий-3 как гипотетическое термоядерное топливо

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 13 декабря 2019 года.

Реакция 3Не + D → 4Не + p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → 4Не + n. К этим преимуществам относятся:

  1. В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора;
  2. Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются при помощи электрических и магнитных полей и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе;
  3. Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности;
  4. При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.

Недостатком гелий-дейтериевой реакции следует считать практическую невозможность поддержания требуемых температур. При температурах менее 109 К термоядерная реакция слияния ядер дейтерия между собой протекает гораздо охотнее, и реакции между дейтерием и гелием-3 не происходит. При этом теплопотери за счет излучения быстро возрастают с температурой и горячая плазма будет остывать быстрее, чем сможет восполнять потери энергии за счет термоядерных реакций.

В искусстве

В фантастических произведениях (играх, фильмах, аниме) гелий-3 иногда выступает в качестве основного топлива и как ценный ресурс, добываемый в том числе на Луне:

  • В аниме «Planetes» (2003—2004) гелий-3 используется как топливо для термоядерных реакторов и т. д.
  • В серии игр «Mass Effect» (2007—2013) гелий-3 используется в качестве топлива для космических кораблей.
  • Основой сюжета британского научно-фантастического фильма «Луна 2112» (2009) является работа горнодобывающего комплекса компании «Лунар». Комплекс обеспечивает добычу гелия-3, с помощью которого удалось остановить катастрофический энергетический кризис на Земле.
  • В политической комедии «Железное небо» (2012) лунный гелий-3 стал причиной международного ядерного конфликта за право его добычи.
  • В фантастической саге Иена Макдональда «Луна» (2015—2017) гелий-3 используется как топливо для термоядерных установок.

Литература

  • Dobbs E. R. Helium Three. — Oxford University press, 2000. ISBN 0-19-850640-6
  • Галимов Э. М. Если у тебя есть энергия, ты можешь извлечь всё — Редкие земли. 2014. № 2. С. 6-12.
  • Shea D. A., Morgan D. The Helium-3 Shortage: Supply, Demand, and Options for Congress // Congressional Research Service, December 22, 2010 (англ.).

Примечания

Гипотетические: 2He: Гелий-2 (Дипротон) Стабильные: 3He: Гелий-3, 4He: Гелий-4 Нестабильные (менее суток): 5He: Гелий-5, 6He: Гелий-6, 7He: Гелий-7, 8He: Гелий-8, 9He: Гелий-9, 10He: Гелий-10

см. также. Гелий, Таблица нуклидов

1 · 2 · 3 · 4

По корпусу:

Корпусной ядерный реактор · Канальный ядерный реактор · Гомогенный

По регуляции:

  • Вода — Сверхкритический водоохлаждаемый · Водо-водяной (Кипящий) · на растворах солей
  • Тяжёлая вода — Тяжеловодный
  • Графит — Графито-газовый (Магноксовый · С гранулированным топливом · Сверхвысокотемпературный) · Графито-водный (С водой под давлением/Кипящий) · на расплавах солей
  • Саморегуляция активного вещества: Реактор на быстрых нейтронах (с жидкометаллическим теплоносителем (Со свинцовым) · На бегущей волне · Газоохлаждаемый · SSTAR · Интегральный)

Инерциальный синтез

Инженерия Ядерная физика · Деление ядра · Термоядерная реакция · Излучение · Ионизирующее излучение · Атомное ядро · Ядерная безопасность · Ядерная химия
Материалы Ядерное топливо (Отработанное · Сырье) · Ядерный топливный цикл
Торий · Уран (Обогащение урана • Обеднённый уран) · Плутоний · Дейтерий · Тритий · Гелий-3 · Литий-6
Ядерная энергетика Главные темы Поколения реакторов Типы реакторов
Ядерная медицина Медицинская визуализация Терапия
Ядерное оружие

Гелий-3 в ядерных реакциях звезд

Гелий-3 — изотоп гелия, ядро которого состоит из двух протонов и одного нейтрона, что в сумме дает три адрона в ядре. В природе встречается очень редко и имеет широкую область применения, выступает главным кандидатом на топливо для термоядерных реакторов.

Формирование гелия-3

В результате Большого Взрыва и дальнейшего расширения Вселенной, составляющие ее протоны и нейтроны стали образовывать стабильные структуры, химические элементы. Сегодня они являются наиболее легкими среди всех — это водород и гелий, а также их изотопы. Как известно, позже стали образовываться звезды первого поколения, которые состояли только из вышеупомянутых элементов. Далее, в результате их взрывов сформировались и более тяжелые элементы, которые позволили образоваться новым звездам, а также планетам и другим космическим телам.

Водород и гелий — основные составляющие Вселенной

Однако водород и гелий и сегодня являются наиболее распространенными элементами во Вселенной. Говоря конкретно об изотопе гелий-3, стоит отметить, что его формирование в природе происходит лишь вследствие ядерных реакций, протекающих в ядре Солнца и прочих звезд. При этом гелий-3 побочный продукт этих реакций, и его объем в десятки тысяч раз меньше, нежели объем вырабатываемого более тяжелого изотопа – гелий-4.

Примечательно, что искусственным путем гелий-3 в незначительных количествах формируется в результате распада искусственно полученного трития, который, в свою очередь, создается государствами для разработки ядерного оружия.

Тритий часто применяется и в быту. На фото — часы с тритиевой подсветкой.

Применение изотопа гелий-3

Данный изотоп, в отличие от своего тяжелого собрата гелия-4 обладает совсем другими физическими характеристиками. В их число входит иная атомная масса, температура кипения, удельная теплота испарения и плотность в жидком состоянии. В результате чего гелий-3 высоко ценится в научных и промышленных кругах и имеет несколько направлений для применения:

  • Криогеника. Растворение жидкого изотопа гелий-3 в более тяжелом гелие-4 позволяет получить сверхнизкие температуры, около 0,02 Кельвина. На основе этого процесса существует ряд криогенных устройств, таких как рефрижераторы растворения. Последние используются в различных низкотемпературных физических экспериментах, и не только в области криогеники.
  • Медицина. Для получения изображения человеческих легких используется рентген или магнитно-резонансная томография (МРТ). Оба эти способа открыты довольно давно, и качество получаемых снимков легких оставляет желать лучшего. В надежде шагнуть дальше, американскими учеными была изобретена ядерная МРТ с использованием намагниченного газа ксенона-129. Позже было обнаружено, что в отличие от ксенона-129, гелий-3 является безвредным для человека, позволяет получать снимки, разрешение которых в сотни раз лучше. Кроме того гелий-3 не требует дорогостоящего обогащения и дорогих мощных томографов.

Аппараты МРТ известны всем как современный способ диагностики

  • Ядерная физика. Гелий-3 имеет высокое сечение поглощения нейтронов, поэтому является основным из нескольких возможных газовых наполнителей для счетчиков (детекторов), регистрирующих нейтроны в различных физических экспериментах. Также подобные счетчики могут использоваться для обнаружения запасов плутония, что позволит ужесточить защитные меры против транспортировки топлива для ядерного оружия.

Гелий-3 как термоядерное топливо

Несмотря на полезность данного изотопа для вышеупомянутых сфер, главы государств рассматривают его в первую очередь как термоядерное топливо.

Как известно, современные атомные электростанции используют ядерную цепную реакцию, в результате которой происходит ядерный распад с выделением энергии. Термоядерный же реактор, синтезирующий более тяжелое вещество с выделением энергии, имеет ряд преимуществ перед ядерным реактором, работа которого основывается на реакциях распада:

Использование в реакторах гелия-3 снижает риск повторения Чернобыльской катастрофы

  • Минимальная вероятность того, что мощность реакции в термоядерном реакторе внезапно подскочит.
  • Отсутствие продуктов сгорания.
  • Для работы термоядерного реактора не требуется топливо, которое используется для разработки ядерного оружия. Это не позволит вести террористическую деятельность, выработку термоядерного топлива для оружия, под предлогом добычи энергии за счет этого топлива.
  • Радиоактивные отходы, вырабатываемые такими реакторами, несут меньше вреда для окружающей среды, а также имеют значительно меньший период полураспада.
  • Водород, выступающий в роли топлива для термоядерных реакторов, может добываться из морской воды, а значит, представлен на Земле в практически неисчерпаемом объеме.

Добыча водорода достаточно проста — добыть немного можно даже в домашних условиях

Несмотря на то, что в промышленных рамках термоядерный реактор еще не будет использоваться в ближайшее десятилетие, ученым уже удалось выяснить перспективность гелия-3 как будущего топлива для такого рода реакторов.

Первым аргументом в пользу использования данного изотопа в управляемом ядерном синтезе является тот факт, что в результате реакции будет излучаться в десятки раз меньший поток нейтронов. Что не только позволит избежать значительной направленной радиоактивности, но и заметно увеличит сроки эксплуатации оборудования.

Вместо нейтронов такой реактор будет излучать протоны, что является вторым аргументом в пользу гелия-3. В отличие от нейтронов, протоны можно легко использовать для дополнительной выработки электроэнергии (в магнитогидродинамическом генераторе).

Модель магнитогидродинамической установки

Кроме того, гелий-3 не несет опасности во время хранения и не требует больших затрат на содержание, а в случае аварии на реакторе радиоактивность его выброса будет практически нулевая. Для сравнения, реакция ядерного синтеза с участием гелия-3 принесет количество энергии, равное энергии, высвободившейся в результате сгорания 15 млн тонн нефти. По оценкам американских ученых 40 000 кг гелия-3 достаточно, чтобы выработать электричество, потребляемое США за год. В 2009-м году же изотоп оценивался около 930 долларов за литр .

Распространенность гелия-3

В Солнечной системе наибольший запас гелия-3 имеется в недрах газовых гигантов, таких как Юпитер или Сатурн. Однако, в отличие от звезд, постоянно вырабатывающих данный изотоп, близкие к нам планеты-гиганты получили его на этапе своего формирования, и теперь лишь хранят запасы гелия-3 в своих слоях.

Баллон с гелием-3

На Земле этот изотоп распространен в мизерных объемах, примерно в 7300 раз меньше, чем гелий-4. Масса гелия-3 в земной атмосфере оценивается всего в 35 000 тонн, в то время как полная масса атмосферы 5,2×1015 тонн. Постепенно данный изотоп улетучивается в космос, однако его небольшой запас находится в недрах нашей планеты и в малом количестве выходит наружу из различных ущелий в земной коре и вместе с извержениями вулканов, что позволяет восполнить его объем в атмосфере.

Гелий-3 на Луне

Так как на Луне нет атмосферы, изотопы гелия постоянно попадают на ее поверхность вместе с солнечным ветром. Таким образом, объем гелия-3 в лунном реголите в десятки или даже сотни тысяч раз превышает объем данного изотопа в земной атмосфере. В результате чего космические агентства различных государств упорно работают над созданием возможности добычи этого полезного химического элемента с поверхности нашего спутника.

Добыча гелия-3 может стать реальным стимулом колонизации Луны

Добыча гелия-3 на Луне имеет пару серьезных проблем, решением которых и занимаются ученые:

  • Несмотря на относительно высокую концентрацию гелия-3 в лунном реголите, все же его объем на 100 тонн грунта составляет всего 1 грамм. Это означает, что лунные шахты или буровые машины для добычи данного изотопа должны постоянно и в больших объемах перерабатывать лунный грунт.
  • Доставка на Луну машин, добывающих данный изотоп, с обратной транспортировкой добытого ресурса потребует значительных финансовых вложений. Так для разработки космического корабля и термоядерных реакторов, требуемых для получения энергии, потребуется около 20 млрд долларов, согласно подсчетам американских исследователей. Однако, после — тонна добытого гелия-3 будет обходиться около 3 млрд долларов, что все же выгоднее добычи, транспортировки и использования эквивалентного объема нефти.

Несмотря на указанные проблемы, Китай уже заявил о своих намерениях заниматься добычей гелия-3 на Луне.

Сокровище Луны – гелий-3

Горсточка грунта, которая была подобрана на гребне лунного кратера Камелот, соскользнула с обычного совка в специальный тефлоновый пакет и вместе с командой «Аполлона-17» отправилась на Землю. В тот день, 13 декабря 1972 года, мало кто мог представить, что образец лунного грунта под номером 75501, а также образцы грунта, доставленные «Апполоном-11» и рядом других экспедиций, в том числе и советской исследовательской станцией «Луна-16», послужит весомым аргументом, для того чтобы в XXI веке человечество решило вернуться на Луну. Осознание этого пришло только через 30 лет, когда молодые ученые из университета штата Висконсин в образце лунного грунта нашли существенное содержание гелия-3. Это очень интересное вещество является изотопом хорошо известного всем газа – гелия, которым во время праздников заправляют разноцветные воздушные шары.
Еще до проведения СССР и США лунных миссий небольшое количество гелия-3 было найдено и на нашей планете, тогда данный факт уже заинтересовал научное сообщество. Гелий-3, обладающий уникальным внутриатомным строением, обещал ученым фантастические перспективы. Если удастся использовать гелий-3 в реакции ядерного синтеза, можно будет получить колоссальное количество электроэнергии, не утопая при этом в опасных радиоактивных отходах, которые производятся на АЭС независимо от нашего желания. Добыча гелия-3 на Луне и последующая его доставка на Землю – это задача не из легких, но при этом те, кто ввяжутся в эту авантюру, могут стать обладателем сногсшибательного вознаграждения. Гелий-3 – это то вещество, которое сможет навсегда избавить мир от «наркотической зависимости» – ископаемого топлива, нефтяной иглы.

На Земле гелия-3 фатально не хватает. Огромное количество гелия зарождается на Солнце, но малую его долю составляет гелий-3, а основную массу – гораздо более часто встречающийся гелий-4. Пока данные изотопы движутся в составе «солнечного ветра» к Земле, оба изотопа претерпевают изменения. Столь драгоценный для землян гелий-3 не достигает нашей планеты, так как он отбрасывается прочь магнитным полем Земли. В то же время на Луне магнитное поле отсутствует и здесь гелий-3 может свободно накапливаться в поверхностном слое грунта.

В наши дни ученые рассматривают наш естественный спутник не только как естественную астрономическую обсерваторию и источник энергоресурсов, но и как будущий запасной континент для землян. При этом именно неисчерпаемый источник космического топлива наиболее привлекателен и перспективен. Новый возможный континент для землян находится на удалении всего в 380 тысяч километров от нашей планеты, при какой-то глобальной катастрофе на Земле здесь вполне могло бы найтись укрытие для людей. С Луны без особых помех можно наблюдать за другими небесными объектами, так на Земле этому в некоторой степени мешает атмосфера. Но главное – это неисчерпаемые запасы энергии, которой, по подсчетам ученых, для человечества хватило бы на 15 000 лет. Помимо этого на Луне есть запасы редких металлов: титана, бария, алюминия, циркония и это не все, считают ученые. Сегодня человечество находится лишь в самом начале пути по освоению Луны.
В настоящее время КНР, Индия, США, Россия, Япония – все эти государства находятся в очереди к Луне, и этих стран становится все больше. Очередной всплеск интереса к Луне возник еще в середине 90-х годов прошлого века. Тогда в научном сообществе возникло предположение о том, что на Луне может быть вода. Не так давно американский зонд «LRO» с российским прибором «Lend» это окончательно подтвердили – на Луне действительно есть вода (в виде льда на дне кратеров) и ее здесь немало (до 600 млн. тонн), а это решает множество проблем.
Наличие на Луне воды особенно ценно, так как способно решить большое количество различных проблем, которые возникнут при постройке лунных баз. Воду не придется доставлять с Земли, ее можно будет перерабатывать непосредственно на месте, отмечает Игорь Митрофанов – заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии ИКИ. По некоторым расчетам, при должном желании и финансировании человечество могло бы обосноваться на нашем естественном спутнике уже через 15 лет. При этом, скорее всего, первые обитатели Луны жили бы на ее полюсах вблизи больших запасов обнаруженной воды.

Однако ко многому на Луне пришлось бы привыкать по новой – даже к такому процессу, как ходьба. По Луне гораздо проще прыгать, в том, что гравитация здесь в 6 раз меньше, чем на Земле, в свое время убедился еще Нэйл Армстронг, когда 40 лет назад впервые ступил на поверхность данного небесного тела. При этом главным врагом человека на Луне в настоящее время является радиация, вариантов спасения от которой не так много. По словам Льва Зеленого директора Института космических исследований РАН, на нашем естественном спутнике нет магнитного поля. На Луну попадает вся радиация от Солнца и защититься от нее достаточно сложно.
При этом то, что Луна должна стать первой ступенью для продвижения человека в космосе – это бесспорный факт, считает Лев Зеленый. По его словам, Луна может стать перевалочной базой для стартов к другим планетам солнечной системы. Также здесь можно будет разместить станцию раннего оповещения о приближения к Земле опасных космических объектов: комет и астероидов, что достаточно важно в свете последних событий. Однако самое важное, что там есть – это гелий-3, возможно, космическое топливо будущего. Трудно поверить, но темно-серая пыль, которой выстлана вся поверхность Луны – это кладовая данного уникального вещества.
Нефть и газ на планете не вечны. По оценкам ряда экспертов, без особых проблем человечество проживет на этих ресурсах порядка 40 лет. На сегодняшний день единственной альтернативой выступают атомные станции, но это не так безопасно из-за радиации. В то же время термоядерная реакция с участием гелия-3 является экологически чистой. По словам ученых, ничего лучшего пока не придумано и на это есть как минимум 2 причины. Во-первых, это очень эффективное термоядерное топливо, а во-вторых, что еще более ценно, оно является экологически чистым, отмечает Эрик Галимов – директор Института Геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского.

По подсчетам Владислава Шевченко – заведующего отделом исследований Луны и планет Государственного астрономического института МГУ, имеющихся на естественном спутнике Земли запасов гелия-3 хватит на тысячи лет вперед. По оценкам специалистов минимальный объем гелия-3 на Луне составляется около 500 тысяч тонн, по более оптимистичным оценкам его там не менее 10 млн. тонн. При реакции термоядерного синтеза, когда в реакцию вступает 0,67 тонны дейтерия и 1 тонна гелия-3 выделяется энергия, которая эквивалентна энергии сгорания 15 млн. тонн нефти. При этом стоит отметить тот факт, что в настоящее время еще необходимо изучить техническую возможность осуществления подобных реакций.
Да и добыча этого вещества на Луне не будет легкой. Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая. Основной проблемой на данный момент времени остается реальность добычи гелия из лунного реголита. Содержание необходимого энергетике гелия-3 составляет примерно 1 грамм на 100 тонн лунного грунта. А это значит, что для добычи 1 тонны данного изотопа потребуется переработать не менее 100 млн. тонн лунного грунта.
При этом гелий-3 придется отделять от ненужного гелия-4, концентрация которого в реголите в 3 тысячи раз больше. По словам Эрика Галимова, для того чтобы добыть на луне 1 тонну гелия-3 потребуется, как уже было сказано выше, переработать 100 млн. тонн лунного грунта. Речь идет об участке Луны общей площадью порядка 20 квадратных километров, который надо будет переработать на глубину в 3 метра! При этом сама процедура доставки на Землю 1 тонны данного топлива обойдется в сумму не менее 100 млн. долларов. Но фактически даже эта очень большая сумма составляет лишь 1% от стоимости энергии, которую можно будет извлечь на термоядерной электростанции из данного сырья.


По оценкам Шевченко, стоимость добычи 1 тонны гелия-3 с учетом создания всей необходимой инфраструктуры по его добыче и доставке на Землю может составить 1 млрд. долларов. При этом транспортировка на Землю 25 тонн гелия-3 обойдется нам в 25 млрд. долларов, что не такая уж и большая сумма, если учесть, что такого масштаба топлива хватит для того, чтобы обеспечить землян энергией на целый год. Выгода от такого энергоносителя становится очевидной, если подсчитать, что только США в год на энергоносители расходуют порядка 40 млрд. долларов.
По расчетам, сделанным американским астронавтом Харрисоном Шмиттом, применение гелия-3 в земной энергетике, учитывая все расходы на доставку и добычу, становятся окупаемыми и коммерчески выгодными, когда производство термоядерной энергии с помощью данного сырья будет превышать мощность в 5 ГВт. Фактически это говорит о том, что даже 1 электростанции, работающей на лунном топливе, будет достаточно для того, чтобы сделать доставку на Землю рентабельной. По оценкам Шмитта, сумма предварительных расходов еще на стадии исследований составит около 15 млрд. долларов.
Один из возможных вариантов добычи гелия-3 предложил Эрик Галимов. Для того чтобы организовать добычу изотопа из лунной поверхности, он предлагает нагреть реголит до 700 градусов Цельсия. После этого его можно будет сжижать и извлекать на поверхность. С точки зрения современных технологий эти процедуры достаточно просты и хорошо известны. Российский ученый предлагает нагревать сырье в специальных «солнечных печах», которые при помощи больших вогнутых зеркал будут фокусировать на реголите солнечный свет. При этом из лунного грунта можно будет выделить содержащиеся в нем: кислород, водород и азот. А это значит, что лунная промышленность могла бы изготавливать не только сырье для земного энергетического комплекса, но и ракетное топливо, для перевозящих его ракет, а также воздух и воду для работающих на лунных предприятиях людей. В настоящее время в США также работают над аналогичными проектами.
Но и это еще не все, что может дать нам лунный грунт. В реголите находится большое содержание титана, что в отдаленной перспективе поможет наладить производство элементов корпусов ракет и промышленных конструкций прямо на естественном спутнике Земли. В этом случае на Луну придется доставлять лишь высокотехнологичные элементы ракет, компьютеры и приборы. А это может открыть второе перспективное направление для всей лунной экономики – постройку наиболее экономичного космодрома, научной базы для исследования всей Солнечной системы.
Источники информации:

Субтитры

хочу порекомендовать вам канал андрея сте пени на он снимает видео курс по органической химии для 10 класса сейчас на его канале доступно более 40 видео по 12 темам подписывайтесь на канал андрея издавать и игре на 100 баллов и так сегодня я расскажу вам о самом распространенном благородному газе в обозримой вселенной который к тому же ещё может приобретать уникальные сверхтекучие свойства при крайне низких температурах встречайте гелий в периодической таблице этот элемент находится в верхнем правом углу его очень легко найти под номером 2 я думаю что с этим инертным газом сегодня люди знакомятся самого детства так как из-за своей легкости относительно воздуха гелий отлично подходит для надувания праздничных шариков которые так нравятся детям это все из за того что молярная масса гелия примерно в семь раз меньше молярные массы воздуха но все же по распространенности гели на земле крайне редок в воздухе его находится всего лишь одна часть на миллион основная доля получаемого гелия для тех же шариков приходится на природный газ в котором концентрация гелия может достигать до семи процентов по массе все потому что в результате радиоактивного распада урана или тория в земной коре гелий может накапливаться в подземных пустотах с природным газом и не улетучиваться в атмосферу однако если брать более масштабно то во всей обозримой вселенной или займет почетное второе место по распространенности среди всех элементов уступив только водороду и образуя при этом примерно четверть от всех атомов вы только представьте себе что все атомы тяжелее гель образует всего лишь два процента от массы всей массы материи здесь можно почувствовать насколько мы малы в масштабах вселенной основная часть деле находится в составе звезд или же в атмосфере газовых гигантов в которых как и во всей вселенной содержится около 20 процентов деле по массе по сегодняшним данным основная часть геля находящаяся в космосе образовалась во время большого взрыва около 14 миллиардов лет назад давайте теперь вернемся с небес на землю и рассмотрим свойства этого газа в более осязаемых эксперимент у меня есть небольшая ампул с гелия который находится при очень низком давлении примерно одна сотая от атмосферного видно что гель и не имеет цвета кроме этого он еще не имеет ни вкуса ни запаха это вы могли узнать если когда-нибудь пробовали дышать этим газом однако такие опыты крайне опасны так как наши клетки не дышит гелия им нужен кислород для этого это даже заставила нынешних продавцов гелевых баллонов для шариков добавлять в них до 20 процентов кислорода что вы висели на вечеринках стала более безопасным если через окулус гелем пропустить высокочастотный разряд высокого напряжения то он начнет светиться тусклый оранжевым цветом яркость которого будет зависеть от напряжения и от диаметра ампулы я использовал в качестве источника напряжения генератора дпла знал об и что дало мне возможность держать ампулу прямо в руке и за наличие электрической емкости у моего тела в принципе как у любого другого в отличие от неё на или ксенона гелий загорается уже на расстоянии от провода генератора так как имеет меньше энергию ионизации к сожалению с химической точки зрения деле совсем не блещет интересными свойствами он не реагирует практически ни с одним веществом хотя все же в виде плазмы похоже на то что вы видите в ампуле гели может образовывать крайне нестабильное соединение с водородом дейтерием или же некоторыми металлами а при большом давлении что тысяч атмосфер даже образуются особые вещества кларт от и гелиос азота который виде кристаллов можно вырастить на алмазные подложки жаль только что все эти вещества очень нестабильны и их практически невозможно увидеть при обычных условиях но не нужно расстраиваться ведь гель обладает самыми интересными и уникальными физическими свойствами из всех газов дело в том что при охлаждении до температуры в 42 кельвина деле становится самой легкой а также холодной жидкостью плотность которой почти в 10 раз меньше плотности воды в градусах цельсия жидкий гелий получается при сумасшедших минус двести шестьдесят восемь градусов что очень холодно настолько холодно что некоторые металла при такой температуре становится сверх проводниками например ртуть или ниобий чтобы поддерживать такую низкую температуру жидкий гелий находится в двойном сосуде дьюара который ещё снаружи охлаждают жидким азотом такую же технологию охлаждения жидкого гелия используют и в современных аппаратах для создания ядерно магнитного резонанса в них сверхпроводники соединение ниобия охлаждают жидким гелием который из-за высокой дороговизны в свою очередь охлаждают более дешевом жидким азотом таким образом жидкий гель и служит медицине а также для исследования ученых но самое интересное еще впереди до этого я рассказывала вам о первой форме жидкого гелия так называемый гелий 1 если же ее начать охлаждать с помощью понижения давления в сосуде то жидкий гелий в конце концов перейдет так называемую линда . а именно остынет ниже температуры вдвое семнадцать сотых кельвинов и станет второй формы жидкого гелия после этого кипения жидкости мгновенно прекращается и жидкий гелий кардинально меняет свои свойства при такой температуре теплопроводной жидкого гелия увеличиваться в миллионы раз и становимся выше чем у меди или серебра поэтому жидкость и не кипит так как тепло передается мгновенно и равномерно по всему объему кроме этого при достижении лямбда точки гелий становимся сверхтекучий жидкостью то есть теряет абсолютно все вязкость а именно сопротивление одной части жидкости движению относительно другой есть отличный эксперимент который это доказывает если налить в небольшую подвешенную чашечку сверх текущего гелия то сможет подниматься по стенки емкости в виде тонкой пленки и вытекать из чашки кроме того он с легкостью проходит через слой керамики с величиной пор около одного микрона и чем ниже температура жидкого гелия тем проще эта жидкость проходит через барьер удивительно еще то что у жидкого гелия в таком охлажденном виде все же есть вязкость которую видно на 2 пути превращение цилиндра слои жидкости все же передают вращение на лопасти сверху так как это может быть а здесь уже играют роль другие квантовые механизмы чье поведение и на да кардинально отличается от законов классической механики вязкость она как бы есть но я и одновременно нет вот как это можно в принципе охарактеризовать и кстати впервые явления сверхтекучести жидкого гелия открыл советский ученый петр капица 1938 году а уже в 1962 году лев ландау разработал теорию этого эффекта думайте это все а вот и нет нас вновь ждет тема звезд и космических полетов до этого я рассказывал вам о самом распространенном изотопе гели и гелий 4 у которого есть два протона и два нейтрона однако есть еще крайне редки изотопа гелий-3 у которого два протона и один нейтрон дело в том что этот изотоп отлично подходит для проведения реакций термоядерного синтеза с дейтерием и в теории этот процесс может помочь человечеству отказаться от ископаемого топлива но вот проблема в том что на земле этот изотоп невероятно редок так как сразу же улетучивается из атмосферы а вот на луне у которой атмосфера нет этот изотоп гораздо лучше сохраняется гипотетически люди могли бы добывать гелий-3 из лунной пыли реголита и использовать как источник энергии на земле но пока что это всего лишь кажется фантастикой на эту тему сняли даже отличный фильм луна 2112 рекомендую к просмотру и в итоге можно сказать что такое обычность виду газ гелий обладает удивительными свойствами при низких температурах его свойства сейчас используется повсеместно например в медицине или для научных исследований в которой например газообразный гелий используется как газ носитель в хроматографии ну а если вам понравилось это видео не забудьте подписаться на канал и нажать на колокольчик и поставить лайк чтобы в будущем узнать ещё много нового и интересного

Гелий одноатомный или двухатомный? Тупой вопрос, но меня заклинило

Вариант 1 1. Какие утверждения верна для характеристики фтора? 1)электроны в атоме расположены на 2 электронных полях 2)химический элемент образует простое вещество-металл 3)Значение электроотрицательность больше чем у хлора 4) химический элемент образует водородные соединение с общей формулой НЭ 5) высшая степень окисления равна +7 2.Установите соответствие между веществом и реагентом, с каждым из которых,это вещество может взаимодействовать.Составте уравнения реакции Вещество: А)Br2 Реагенты: 1)H2O,CaO 2)KI,Cu 3)O2,FeSO4 4)CaCl2,HNO3 Вариант2 Какие утверждения верны для характеристики йода? 1)химический элемент образует высший оксид Э2О7 2)Соответствующее простое вещество при обычных условиях-газ 3)значение электроотрицательность меньше чем у фтора 4)электроны в атоме расположены на пяти электронных слоях 5) Радиус атома такой же как и у брома 2.Установите соответствие между веществом и реагентом, с каждым из которых,это вещество может взаимодействовать.Составте уравнения реакции Вещество: А)Cl2 Реагенты: 1)Mg,Na3PO4 2)AlCl3,H2O 3)H2,MgBr2 4)HNO3,KOH Напишите развёрнутый ответ(словами) Вариант 1 1. Какие утверждения верна для характеристики фтора? 1)электроны в атоме расположены на 2 электронных полях 2)химический элемент образует простое вещество-металл 3)Значение электроотрицательность больше чем у хлора 4) химический элемент образует водородные соединение с общей формулой НЭ 5) высшая степень окисления равна +7 2.Установите соответствие между веществом и реагентом, с каждым из которых,это вещество может взаимодействовать.Составте уравнения реакции Вещество: А)Br2 Реагенты: 1)H2O,CaO 2)KI,Cu 3)O2,FeSO4 4)CaCl2,HNO3 Вариант2 Какие утверждения верны для характеристики йода? 1)химический элемент образует высший оксид Э2О7 2)Соответствующее простое вещество при обычных условиях-газ 3)значение электроотрицательность меньше чем у фтора 4)электроны в атоме расположены на пяти электронных слоях 5) Радиус атома такой же как и у брома 2.Установите соответствие между веществом и реагентом, с каждым из которых,это вещество может взаимодействовать.Составте уравнения реакции Вещество: А)Cl2 Реагенты: 1)Mg,Na3PO4 2)AlCl3,H2O 3)H2,MgBr2 4)HNO3,KOH Пожалуйста!!!!!! Решение Какая из тенденций-потеря или присоединение электрона молекулой NO-более предпочтительна при ее химических превращениях? Напишите формулы возможных изомеров углеводорода состава C9H12 , относящегося к ароматическому ряду Какой объём пропана был сожжён, если при этом получили углекислый газ объёмом 100 м3 (н.у.) Какой объём углекислого газа образуется при полном сгорании 60 м3 бутана (н.у.)? Атом елемента має на 3 електрони менше ніж сульфур.Вкажіть цей елемент. Який тип хімічного зв’язку у сполуці цього елемента з Гідрогеном. Газ массой m1 и молярной массой М1 смешали с газом, масса которого m2, а молярная масса М2. Найдите кажущуюся молярную массу смеси. С объяснением пож алуйста

Благородные (инертные) газы.

Благородные газы (инертные либо редкие газы) — группа химических элементов с похожими свойствами: при нормальных условиях они являются одноатомными газами. Это химические элементы, которые образуют главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева.

При обычных условиях — это газы без цвета, вкуса и запаха, плохо растворимые в воде, не возгораются при нормальных условиях, с очень низкой химической реактивностью. Их температуры плавления и кипения закономерно увеличиваются с увеличением атомного номера.

Среди всех благородных газов лишь у Rn нет стабильных изотопов и только он является радиоактивным химическим элементом.

Редкими (инертными) газами являются:

  • гелий (He) (атомный номер 2),
  • неон (Ne) (10),
  • аргон (Ar) (18),
  • криптон (Kr) (36),
  • ксенон (Xe) (54)
  • радиоактивный радон (Rn) (86).

В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo) (118).

Все инертные газы собой завершают соответствующий период в Периодической системе и имеют полностью завершенный, устойчивый внешний электронный уровень.

У инертных газов электронная конфигурация ns2np6 (у гелия 1s2) и они образуют VIIIА группу. С возрастанием порядкового номера увеличиваются радиусы атомов и их способность к поляризуемости, что приводит к увеличению межмолекулярных взаимодействий, к увеличению Тпл и Ткип, к улучшению растворимости газов в воде и других растворителях. Для инертных газов существуют такие известные группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения, валентные соединения.

Инертные газы относятся к последней при этом они занимают первые 6 периодов и относятся к 18-й группе в периодической таблице химических элементов. Флеровий — элемент 14-й группы показывает некоторые свойства благородных газов, поэтому он способен заменить в периодической таблице унуноктий. Благородные газы неактивны химически и могут принимать участие в химических реакциях только в экстремальных условиях.

Цвета и спектры инертных газов.

Цвета и спектры благородных газов. В первой строке таблицы изображены благородные газы в колбах, через которые пропущен ток, во второй — сам газ в трубке, в третьей — в трубках, которые изображают обозначение элемента в периодической таблице Менделеева.

Гелий

Неон

Аргон

Криптон

Ксенон

Распространенность инертных (редких) газов в природе.

Из-за того, что инертные газы обладают химической инертностью, их довольно долго не получалось обнаружить, и их открытие состоялось лишь во 2-й половине XIX века.

Гелий – является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной, в земной коре содержание гелия составляет лишь 1 · 10-6 масс. %. Гелий является продуктом радиоактивного распада и содержится в пустотах горных пород и в природном газе.

Все благородные газы являются составляющими воздуха. В 1 м3 воздуха находится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. Солнце приблизительно на 10% состоит из гелия, образующийся из водорода по реакции ядерного синтеза:

(β+ — позитрон, — антинейтрино). В спектре излучения Солн­ца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г. На Земле гелий был найден только в 1895 г. при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита U2О3. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению:

238U → 234Th + 4He.

В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физические свойствах.

Некоторые характеристики элементов VIIIА подгруппы (инертных газов).

Элемент

Радиус атома, нм

Первый потенциал ионизации, эВ

Tпл., K

Tкип., K

Относительная поляризуемость атома, усл. ед.

Энергия возбужденного электрона, эВ

Гелий, He

0,122

24,58

4,18

1

Неон, Ne

0,160

21,56

24

27,18

2

16,6

Аргон, Ar

0,192

15,76

34

97,29

3

11,5

Криптон, Kr

0,198

14,00

116

120,26

12

9,9

Ксенон, Xe

0,218

12,13

162

166,06

20

8,3

Уникальными физическими свойствами обладает гелий. Во первых, это — единственное из известных в природе веществ, которое остается жидким при самых низких температурах, вплоть до 0 К. Он кристаллизуется только под давлением 25 атм. Во-вторых, гелий имеет самую низкую из всех веществ температуру кипения. Наконец, самое интересное свойство гелия — сверхтекучесть. При температурах ниже 2,2 К жидкий 4Не существует в виде смеси двух жидкостей, одна из которых имеет обычные свойства, а другая — аномальные. Сверхтекучая компонента жидкого гелия имеет практически нулевую вязкость (в 10 млрд. раз меньше, чем у воды). Это вещество способно просачиваться через мельчайшие отверстия в пористом сосуде, оно самопроизвольно вытекает из непористого сосуда, поднимаясь вверх по его стенкам, и обладает сверхвысокой теплопроводностью.

Гелий-3: что это за вещество, где используется? Где и для каких целей его добывают?

Олег Мальцев

Пройдет совсем немного времени, по меркам жизни человеческой цивилизации, как ископаемые природные богатства будут исчерпаны. Среди возможных кандидатур на замену нефти и газа называют то энергию солнца, то силу ветра, то водород. В последние годы все чаще можно услышать о новом спасении для планеты под названием гелий-3. Что это вещество можно использовать в качестве сырья для электростанций, додумались относительно недавно.

Общие данные о веществе: свойства

В 1934 оду австралийский физик Марк Олифант, во время работы в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета в Англии пришел к замечательному открытию. В ходе первой демонстрации ядерного синтеза при бомбардировке дейтронной мишени, он выдвинул гипотезу о существовании нового изотопа химического элемента под номером 2. Сегодня он же известен как гелий-3.

Он обладает следующими свойствами:

  • Содержит два протона, один нейтрон и два электрона;
  • Среди всех известных элементов он является единственным стабильным изотопом, который имеет больше протонов, чем нейтронов;
  • Кипит при 3,19 по Кельвину (-269,96 градусов Цельсия). Во время кипения вещество теряет половину своей плотности;
  • Момент импульса равен ½, что делает его фермионом;
  • Скрытая теплота парообразования составляет 0,026 КДж/Моль;

Спустя пять лет после открытия Марка Олифанта его теоретические построения получили экспериментальное подтверждение. А еще спустя 9 лет ученым удалось получить соединение в жидком виде. Как оказалось, в таком агрегатном состоянии гелий-3 обладает сверхтекучими свойствами.

Другими словами, при температурах, близких к абсолютному нулю, он способен проникать сквозь капилляры и узкие щели, практически не испытывая противодействия силы трения.

Добыча гелия-3 на Луне

Солнечный ветер на протяжении миллиардов лет нанес в поверхностный слой реголита гигантское количество гелия-3. Согласно оценкам, его количество на земном спутнике может достигать 10 миллионов тонн.

Многие космические державы имеют программу добычи этого вещества для целей последующего термоядерного синтеза:

  • В январе 2006 года российская компания «Энергия» заявила о планах начать геологические работы на Луне к 2020 году. Сегодня будущее проекта находится в подвешенном состоянии, из-за тяжелого экономического положения страны;
  • В 2008 году Индийская организация космических исследований отправила к поверхности земного спутника зонд, одной из целей которого было заявлено изучение гелий-содержащих минералов;
  • Собственные виды на залежи драгоценного сырья имеет и Китай. Согласно планам, предполагается отправлять к спутнику ежегодно три челнока. Энергия, произведенная из этого топлива, с лихвой покроет потребности всего человечества.

Покорение лунных глубин пока остается мечтой, которую можно увидеть разве что в научно-фантастических лентах. Среди них – «Луна» (2009) и «Железное небо» (2012).

В данном видео физик Борис Романов расскажет, в каком виде находится вещество гелий-3 на Луне, возможно ли его оттуда импортировать:

Геохимические данные

Изотоп также присутствует на планете Земля, хотя и в меньших количествах:

  • Это главная составляющая земной мантии, которая была синтезирована еще во время планетообразования. Совокупная ее масса в этой части планеты составляет, по различным оценкам, от 0,1 до 1 миллиона тонн;
  • На поверхность он выходит в результате деятельности вулканов. Так, сопки Гавайских островов выделяют около 300 граммов этого вещества в год. Срединно-океанические хребты – около 3 килограммов;
  • В местах наезда одной литосферной плиты на другую могут находиться сотни тысяч тонн гелиевого изотопа. Извлечь это богатство промышленным способом на современном этапе технологического развития не представляется возможным;
  • Природа продолжает производство данного соединения до сих пор, в результате распада радиоактивных элементов в коре и мантии;
  • В довольно небольших количествах (до 0,5%) его можно найти в некоторых источниках природного газа. Как отмечают эксперты, ежегодно в процессе транспортировки природного газа происходит отделение 26 м3 гелия-3;
  • Также он присутствует в земной атмосфере. Удельная доля его составляет приблизительно 7,2 частей на триллион атомов прочих газов атмосферы. Согласно последним подсчетам, общая масса атмосферного 32he достигает минимум 37 тысяч тонн.

Современное использование вещества

Практически весь используемый в народном хозяйстве изотоп получают путем радиоактивного распада трития, который бомбардируют нейтронами лития-6 в ядерном реакторе.

На протяжении десятков лет гелий-3 был всего-навсего побочным продуктом при изготовлении боеголовок атомного оружия. Однако после подписания договора СНВ-1 в 1991 году сверхдержавы снизили объемы изготовления ракет, из-за чего продукты производства также пошли на убыль.

Сегодня масштабы производства изотопа находятся на подъеме, поскольку ему нашли новое применение:

  1. Благодаря относительно высокому гиромагнитному соотношению, частицы этого вещества применяются при медицинской томографии легких. Пациент вдыхает газовую смесь, содержащую гиперполяризованные атомы гелия-3. Затем под воздействием лазерного излучения инфракрасного диапазона компьютер рисует анатомические и функциональные изображения органов;
  2. В научных лабораториях данное соединение используется в криогенных целях. Путем его испарения с поверхности холодильника удается достичь значений, близких к 0,2 кельвина;
  3. В последние годы набирает популярность идея использования вещества в качестве сырья для электростанций. Первая подобная установка была построена в 2010 году в долине Теннеси (США).

Гелий-3 как топливо

Второй, пересмотренный подход к использованию контролируемой термоядерной энергии предполагает использование в качестве сырья 32he и дейтерия. Результатом такой реакции будет ион гелия-4 и высокоэнергетические протоны.

Теоретически данная технология обладает такими преимуществами:

  1. Высокий КПД, поскольку для контроля за слиянием ионов используется электростатическое поле. Кинетическая энергия протонов напрямую преобразуется в электричество за счет твердотельного преобразования. Нет необходимости строить турбины, которые используются в АЭС для превращения энергии протонов в тепло;
  2. Более низкие, в сравнении с прочими типами электростанций, капитальные и эксплуатационные затраты;
  3. Ни воздух, ни вода не загрязняются;
  4. Относительно малые габариты благодаря использованию современных компактных установок;
  5. Отсутствует радиоактивное топливо.

Однако критики отмечают значительную «сырость» такого решения. В самом лучшем случае коммерческое использование термоядерного синтеза начнется не ранее 2050 года.

Среди всех изотопов химического элемента с порядковым номером 2 особняком стоит гелий-3. Что это, вкратце можно описать следующими свойствами: он стабилен (то есть не испытывает превращений в результате излучения), обладает сверхтекучими свойствами в жидком виде, имеет относительно малую массу.

У этого термина существуют и другие значения, см. Гелий (значения).

Гелий-3
Общие сведения
Название, символ Гелий-3, 3He
Нейтронов 1
Протонов 2
Свойства нуклида
Атомная масса 3,0160293191(26) а. е. м.
Избыток массы 14 931,2148(24) кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон) 2 572,681(1) кэВ
Изотопная распространённость 0,000137(3) %
Период полураспада стабильный
Родительские изотопы 3H (β−)
Спин и чётность ядра 1/2+

Гелий-3 — самый лёгкий из стабильных изотопов гелия.

Состав и строение

Ядро гелия-3(3) (гелион) состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от гелия-4, имеющего в составе по два протона и нейтрона. Природная изотопная распространённость гелия-3 составляет 0,000137 % (в атмосфере Земли; в других резервуарах она может очень сильно отличаться в результате природного фракционирования и т. п.). Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается в 35 000 тонн. Оба изотопа гелия постоянно улетучиваются из атмосферы в космос, однако убыль гелия-4 на Земле восполняется за счёт альфа-распада урана, тория и их дочерних нуклидов (альфа-частица — это ядро гелия-4). В отличие от более тяжёлого изотопа, гелий-3 не появляется в процессах радиоактивного распада (за исключением распада космогенного трития). Бо́льшая часть гелия-3 на Земле сохранилась со времён её образования. Он растворён в мантии и постепенно поступает в атмосферу; считается, что его изотопная распространённость в мантии составляет 200—300 частей на миллион частей гелия-4, то есть на 2 порядка больше, чем в атмосфере. Однако его поступление из мантии в атмосферу (через вулканы и разломы в коре) оценивается всего в несколько килограмм в год. Некоторая часть гелия-3 возникает при распаде трития, в реакциях скалывания на литии (под действием альфа-частиц и космических лучей), а также поступает из солнечного ветра. На Солнце и в атмосферах планет-гигантов первичного гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли. В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. В результате тонна лунного грунта содержит 0,01 г гелия-3 и 28 г гелия-4; это изотопное соотношение (~0,04 %) значительно выше, чем в земной атмосфере.

См. также: Сверхтекучесть#Сверхтекучесть в жидком гелии-3

Квантовая жидкость, существенно отличающаяся по свойствам от жидкого гелия-4. Жидкий гелий-3 удалось получить только в 1948 году. В 1972 году в жидком гелии-3 был обнаружен фазовый переход в сверхтекучее состояние при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм. Ранее считалось, что сверхтекучесть, как и сверхпроводимость — явления, характерные для бозе-конденсата, то есть кооперативные явления в среде с целочисленным спином объектов. За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 г. была присуждена Нобелевская премия по физике Дугласу Ошерову, Роберту Ричардсону и Дэвиду Ли. В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены Алексей Алексеевич Абрикосов, Виталий Лазаревич Гинзбург и Энтони Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3.

Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. В них происходит реакция

n + 3He → 3H + 1H + 0,764 МэВ.

Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.

Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур.

Поляризованный гелий-3 (он может долго храниться) недавно начал использоваться в магнитно-резонансной томографии для получения изображения лёгких с помощью ядерного магнитного резонанса.

Средняя цена гелия-3 в 2009 году составила $930 за литр.

Гелий-3 как ядерное топливо

Реакция 3Не + D → 4Не + p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → 4Не + n. К этим преимуществам относятся:

  1. В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора;
  2. Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе;
  3. Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности;
  4. При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.

К недостаткам гелий-дейтериевой реакции следует отнести значительно более высокий температурный порог. Необходимо достигнуть температуры приблизительно в миллиард градусов, чтобы она могла начаться.

В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников, а создаётся искусственно, при распаде трития. Последний производился для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах.

Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце. На Земле его добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов за год.

Другое дело — Луна, у которой нет атмосферы. В результате, этого ценного вещества там находится до 10 млн тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн). При термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти (однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции). Следовательно, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 должно хватить как минимум на ближайшее тысячелетие. Основной проблемой остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Как упомянуто выше, содержание гелия-3 в реголите составляет ~1 г на 100 т. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать не менее 100 млн тонн грунта.

В фантастике

  • В игре Mass Effect человечество использовало гелий-3 как основное топливо.
  • В игре EVE Online раса Амарр добывает гелий-3 из космического льда и использует его как топливо для своих звездных баз, а также для прыжковых двигателей.
  • В аниме Planetes люди добывают гелий-3 на Луне и будут использовать его в качестве топлива на корабле «Фон Браун», который отправится к Юпитеру.
  • В аниме Moonlight Mile люди строят станцию на Луне для добычи гелия-3.
  • В фильме Луна 2112 ведется промышленная добыча гелия-3 на Луне, для производства энергии на Земле.
  • В фильме Железное небо астронавты США прилетели на Луну для разведки количества Гелия-3.
  1. 1 2 3 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.«. Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
  2. 1 2 3 4 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties«. Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  3. Сверхтекучий 3He: ранняя история глазами теоретика — нобелевская лекция Э. Дж. Леггетта, УФН, т. 174, № 11, 2003 г.
  4. Survey of Critical Use of 3He for Cryogenic Purposes — Northwestern University
  5. 3D News Колонизация Солнечной системы отменяется (4 марта 2007). Проверено 26 мая 2007.
  6. http://www.ria.ru/science/20120725/709192459.html // РИА Новости
  • E. R. Dobbs, Helium Three. — Oxford University press, 2000. ISBN 0-19-850640-6

Эта статья нуждается в дополнительных источниках для улучшения проверяемости.
Вы можете помочь улучшить эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Не подтверждённая источниками информация может быть поставлена под сомнение и удалена.

Изотопы гелия

Гипотетические: 2He: Гелий-2 (Дипротон)

Стабильные: 3He: Гелий-3, 4He: Гелий-4

Нестабильные (менее суток): 5He: Гелий-5, 6He: Гелий-6, 7He: Гелий-7, 8He: Гелий-8, 9He: Гелий-9, 10He: Гелий-10

см. также. Гелий, Таблица нуклидов

Планы добычи гелия-3 на Луне

Лунная база

Возрождение интереса к Луне связано с развитием космонавтики за пределы околоземного пространства, необходимостью освоения лунной поверхности для решения различных проблем земной цивилизации: 1) истощение запаса жизненно необходимых природных ресурсов на Земле; 2) загрязнение Земли экологически опасными производствами; 3) поиск альтернативных источников сырья и энергии); 4) наконец стремлением астрономов вынести телескопы за атмосферу на устойчивую поверхность Луны. Цели Лунной Базы положены в основу перспективных, долгосрочных планов освоения Луны и целого ряда связанных с этим направлений науки и техники. Прежде всего — это исследования самой Луны. До сих пор остаются неясными вопросы происхождения и ранней эволюции Луны, недостаточно изучено внутреннее строение, состав и структура ядра, коры Луны. Исследования лунного поверхностного слоя может дать информацию и о событиях в истории Земли, Солнца и всей солнечной системы.

Лунная база позволит также снять технические и производственные проблемы, решение которых выгоднее осуществить на Луне, чем на Земле и на космических станциях. К ним относятся: получение альтернативных источников энергии (солнечные энергетические установки, термоядерные электростанции на лунных запасах гелия-3), ракетного топлива на основе кислорода и водорода, полученных из лунного грунта, а также таких необходимых материалов как кремний, титан, железо и др. Представляется эффективным использование ЛБ в качестве промежуточного космодрома, в частности для обеспечения топливом ракетно-космических систем как местного (околоземные и окололунные орбиты), так и дальнего следования (межпланетные орбиты – Марс!). Следует отметить, что доставка грузов с Земли на лунную поверхность требует меньших энергетических затрат, чем, например, доставка того же груза на геостационарную орбиту.

Гелий-3 как ядерное топливоРеакция 3Не + D → 4Не + p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → 4Не + n. К этим преимуществам относятся:

1) В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора; 2) Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе; 3) Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности; 4) При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.

К недостаткам гелий-дейтериевой реакции следует отнести значительно более высокий температурный порог. Необходимо достигнуть температуры приблизительно в миллиард градусов, чтобы она могла начаться. В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников, а создаётся искусственно, при распаде трития. Последний производился для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах.

Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце. На Земле его производят на радиохимических предприятиях в количествах, исчисляемых тысячами литров в год: так, промышленное производство гелия-3 в США составило около 8 тысяч литров в 2010 году при стоимости порядка 2150 долларов за литр. Другое дело — Луна, у которой нет атмосферы. В результате, этого ценного вещества там находится до 10 млн тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн). При термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти (однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции). Следовательно, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 должно хватить как минимум на ближайшее тысячелетие. Основной проблемой остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Как упомянуто выше, содержание гелия-3 в реголите составляет ~1 г на 100 т. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать не менее 100 млн тонн грунта.

Присутствие гелия-3 на Луне США (NASA) считают серьёзным поводом к освоению спутника. При этом первый полёт туда NASA планирует осуществить не раньше 2018 года. Китай и Япония также запланировали создание лунных баз, но это, скорее всего, произойдёт в 2020-х годах. Создание станции — не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 — это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа, а на Луне его — миллионы килограммов (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн). Гелий-3 нужен в ядерной энергетике — для запуска термоядерной реакции. Гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах. Чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года, по подсчётам учёных Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. Стоимость его доставки на Землю будет в десятки раз меньше, чем у вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях. При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.

Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий+тритий, при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы. Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым, считают делом отдалённого будущего. Более реальным с их точки зрения является разработка на Луне кислорода, металлургия, создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Наконец, создание обитаемой, постоянно действующей лунной базы является первым опытом распространения человеческой цивилизации на другие планеты. Исследование неизвестных проблем и возможностей организации жизни и деятельности является совершенно новым шагом в освоении космического пространства (Луны, тел Солнечной системы). Создание ЛБ можно рассматривать в качестве нового необходимого шага в создании инфраструктуры современной и будущей цивилизации.

Широкий спектр научно-прикладных исследований предоставляет ЛБ в области астрономии, где возможны наблюдения по всей полосе электромагнитных излучений практически недоступные с Земли посредством телескопов, весовые деформации которых на Земле слишком велики. Наблюдения с Луны позволяют реализовать предельные астрономические параметры, например, координатную точность до одной угловой микросекунды, что недостижимо наземными средствами. С ЛБ можно проводить мониторинг Земли, Солнца, а также кометно-астероидную службу.

Луна имеет хорошие условия для размещения на ней телескопов, предназначенных для раннего обнаружения и сопровождения астероидов АСЗ. Представляющие опасность АСЗ размером 0.1-1км можно обнаружить заранее, на расстояниях до нескольких астрономических единиц посредством телескопов, расположенных на поверхности Луны. Каталогизация таких малоразмерных АСЗ численностью до 500 тысяч обьектов представляет большое значение, поскольку столкновение любого из них с Землей — это реальная угроза человечеству. Раннее обнаружение АСЗ с Луны позволит осуществить необходимые мероприятия по предотвращению возможной астероидной опасности.В программах космических агенств, например японской NASDA, присутствуют проекты размещения на Луне телескопов с целью проведения регулярных наблюдений и изучения движения известных астероидов для уточнения их орбит и условий сближения их с Землей, также для поиска других АСЗ и изучения эволюции их орбит.

Условия работы лунной базы

Условия, в которых будет существовать и функционировать ЛБ достаточно известны из астрономических наблюдений и прямых исследований на Луне и широко опубликованы. Отметим лишь некоторые, имеющие техническое значение для создания структуры ЛБ.

Большие температурные перепады (около 300°С, что в 20 раз больше земных — 15°С) требуют надежной термической защиты, поскольку днем на лунной поверхности +127°С, а ночью -173°С. Хотя длительный суточный период (30 дней) уменьшает скорость и частоту изменения температуры.

Из-за наличия внешнего высокого вакуума внутреннее давление в любой постройке на Луне создает нагрузки на боковые стенки в десятки раз большие, чем на Земле. При отсутствии атмосферы должна быть обеспечена радиационная защита от космических лучей галактического и солнечного происхождения, от корпускулярного и микрометеоритного воздействия. Но слой лунного поверхностного материала (реголита) толщиной около 3-х метров вполне обеспечит эту защиту. С другой стороны отсутствие атмосферы исключает такие погодные явления земного типа, как ветер, дождь, лед и пр. Безводные условия затормаживают коррозию материалов, с другой стороны при отсутствии воды мешают проведению некоторых технологических процессов.

Лунный грунт (реголит) — мелко раздробленное вещество с последующим слипанием, чрезвычайно пористая порода с низкой теплопроводностью. На глубине около 30 см температура, примерно, -20°С и постоянна в диапазоне 2°-4°С. Реголит покрывает поверхность слоем от одного до десяти метров. Мельчайшие фракции реголита представляют пыль, которая уменьшает сцепление ходовых частей транспортных средств с лунным грунтом, создает пылевое загрязнение естественного (метеориты) или искусственного (человеческая деятельность) происхождения. Лунная поверхность имеет очень низкую сейсмичность по сравнению с земной — до 500 лунотрясений силой 1-3 баллов по шкале Рихтера в год, в то время как на Земле — до 10 тыс. явлений такой же балльности, не включая более сильных . Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше земной, что облегчает вертикальные перемещения грузов, уменьшает механические деформации конструкций значительных размеров, однако уменьшает возможности анкеров и фундаментов.

Удаленность Луны от Земли на расстояние до 386 000 километров создает задержку сигналов при связи, примерно, в 2.6 секунды — это имеет значение при управлении лунными механизмами телеоператором с Земли. Удаленность определяет также и высокую стоимость доставки грузов на Луну, отсюда рекомендации использовать при создании ЛБ лунные материалы.

Выбор места расположения лунной базы

Для каждого из рассмотренных научно-технических направлений существуют свои требования к выбору расположения ЛБ с учетом этапа освоения или режима функционирования базы. В любом случае необходимо стремиться к тому, чтобы наибольшее число условий выполнялось или было согласовано между собой с целью выбора оптимального варианта расположения ЛБ.

Для ЛБ первого поколения (начальный этап, ограниченное количество задач при минимальных расходах, предпочтение автоматических режимов работ и т.п.) наиболее целесообразно размещение одной базы в экваториальной области видимой части Луны, что обеспечит выполнение наибольшего количества научных, производственных и транспортных задач. В этом случае, имеется достаточно преимуществ: доставка грузов на Луну выполняется с минимальными энергетическими затратами на взлет — посадку транспортных ракетных систем; для проведения некоторых технологических процессов, требующих нагрева до высоких температур можно использовать эффект нагрева лунной поверхности солнечным излучением; прямая видимость ЛБ с Земли обеспечивает постоянную связь между ними, изучение района ЛБ наземными средствами и наоборот, земной мониторинг Земли с ЛБ.

Для выполнения астрономических наблюдений критерии выбора места расположения лунной обсерватории (ЛО) более жесткие и зачастую противоположные для разных областей астрономии. Для наблюдения как можно большей части небесной сферы подходит расположение ЛО по широте на лунном экваторе. А ее размещение в зоне 8-10 градусов по долготе рядом с лимбом, когда изображение Земли находится близко к лунному горизонту, существенно ослабляет влияние ее излучения (температура, около, 30ОС) на телескопы, а также позволяет на доступном расстоянии (около 600 км) на обратной стороне Луны расположить радиотелескопы. Дело в том, что в этом случае радиотелескопы полностью экранированы от разного вида электромагнитных излучений Земли. В этом смысле обратная сторона Луна является уникальным местом во всей внутренней Солнечной системе для радиоастрономических исследований.

В целом, потребности ЛО должны обеспечиваться возможностями лунной базы и ЛО должна располагаться достаточно близко к лунной базе, чтобы использовать ее инфраструктуру. Вместе с тем ЛО должна находиться на удалении по крайней мере нескольких километров от лунной базы для избежания влияния пыли, освещения и вибраций на астрономические наблюдения. Необходимо размещать ЛО на ровной площадке (плоские поверхности кратеров) для осуществления взаимного визирования телескопов — в случае использования схемы интерферометра с базой — в оптическом диапазоне до нескольких километров, в радиодиапазоне до 100-200 километров. Реально, кривизна лунной поверхности обеспечивает прямую видимость телескопов до 3-5 км, для связи на больших расстояниях необходимо использовать ретрансляторы.

Имеет существенное преимущество и расположение ЛО в полярных областях. В этом случае размещение телескопов в постоянной тени кратеров создает стабильный температурный режим пассивного охлаждения, порядка 40ОК. Это особенно важно для исследований в области инфракрасной/субмиллиметровой астрономии. Кроме того, по последним данным в полярных областях обнаружены запасы водяного льда, что представляет дополнительный интерес для создания там лунной базы.