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从月球2.9融通动力
月球氦-3作为能源,简而言之

格雷戈里·贝内特

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为了讨论的目的,让我们假设氦-3核聚变电站已经被证实,人们正在疯狂地建造它们,只是等待我们带着装满氦的油箱出现。

核聚变的成分

核聚变反应的成分——氘、氚、氦的同位素——的名称听起来很复杂,但实际上这些只是日常生活中发现的物质的变种。我们假设你知道原子是由质子、中子和电子组成的。Electons是非常轻巧,带负电荷的比特的嗡嗡声周围的原子的边缘。普通的化学反应原子间的工作由贸易和共享electons。例如,当你燃烧一张纸在空气中,化学反应涉及在造纸共享的电子与来自空气的一些氧原子一些碳原子。反应形式的二氧化碳气体,而electons释放能量,如热和光,在它们改变它们的轨道。

质子中子组成原子核。在这次讨论中,我们关注的清理原子的核;因此称为“核反应”。一般来说,电中性的中子保持相互冲突带正电的质子。原子核是非常紧密绑定在一起的,所以当我们开始到处移动这些事情,我们周围的一大途径移动的能量。

是用于通过与氧结合,以化妆水熟悉的东西。它在宇宙中最丰富的元素。正常氢具有1个质子和中子没有。氢是氢的一种同位素,它的孤质子旁边有一个中子。

HE3-图

你熟悉气体作为东西我们用炸毁飞艇和气球。正常氦具有2个质子和2个中子的核中,给它的4的原子量。

现在,如果你踢出来的中子的一个,你会得到氦-3。这在一段时间中非常有活力的核反应堆,特别是太阳发生一次。太阳通过融合氢原子结合在一起产生氦,而是一个在每万人氦原子出来缺少一个中子。

氦-3时的氘中子蒙上眼睛淫荡的,如果它得到一个机会就会抓住它。我们给它通过在高温下引入氦-3的氘的机会。

混合物

氦3与氘以产生能量的反应中使用:

HE3,公式

这是核聚变反应。氘和氦-3原子走到一起放出质子和氦-4。该产品的重量小于所述初始组分;丢失的质量转换为能量。1公斤氦-3与0.67公斤氘烧成的给我们约19兆瓦年能量输出。

对于d«»He³反应聚变反应时间变为在大约10keV的温度显著,以及约约200keV的峰。A 100千电子伏,左右,反应器的外观约最佳。

建成使用d«»He³反应的反应器是本质安全的。最坏的情况发生故障的情况不会导致任何平民死亡或显著暴露于辐射。

注意:兆电子伏千电子伏是能量的量度,分别代表巨电子伏特和千电子伏特。在核物理中,这些术语用来指核反应堆中的能量。一个电子伏特是一个电子通过一伏特的电势所获得的能量,大约等于1.609 E-19焦耳。

供应

一些氦-3可以在地球上。这是维护核武器,这将有300斤左右氦-3的提供给我们,并可能继续产生约每年15公斤的副产品。在氦的美国战略储备总供给阿布29公斤,和另一187千克混合了我们已经存储了天然气;这些来源都没有任何显著率再生。

在他们的1988年纸,Kulcinski,等。(见下面的参考文献注释),估计总的氦-3的1,100,000公吨在月壤已经沉积由太阳风。由于风化层已经通过与陨石碰撞激起了,我们可能会发现氦-3到数米深处。

最高浓度是在农历玛丽亚;关于氦-3一半被沉积在由玛利亚覆盖月面的20%。

为了从月球土壤中提取氦-3,我们将其加热到大约600摄氏度。

我们得到其他大部分挥发出在同一时间,所以我们无论如何升温的岩石。要获得oxgyen出来,我们将炉调高至约900℃,并做一些其他的肮脏的东西;但是这是一个不同的故事。

的能量

有100万氦3吨,用氘反应,将产生约20000 terrawatt年热能。单位单单是真棒:一个terrawatt年是万亿美元,
10到12次方瓦特年。要地理解这一点,一个100瓦的灯泡将使用100瓦年的能源的一年。

这是对10的能量,我们可以从挖掘地球上所有的化石燃料得到,时间,而烟雾和酸雨。如果我们在液态金属焚烧我们所有的铀快增殖反应堆,我们就可能产生大约一半的大的能量,并有一些有趣的时间存放废。

价值

以我们目前的能源消耗速度,大约25吨氦-3可以为美国提供一年的能源。换个角度来说,这相当于一辆满载的铁路车厢的重量,或者航天飞机的最大有效载荷。

要分配的经济价值,假设我们假设氦-3将取代目前美国购买发电的燃料。我们仍然有所有这些发电厂和分销网络,所以我们不能用我们支付多少电费。至于燃料的替代品,那25吨载荷的氦-3将价值的今天$ 75十亿,或者$ 3十亿每吨左右。

得偿所愿

一种猜测是,我们能做到的最好。让我们假设,到时候氦3折的月亮我们吊索坦克,在全球范围内的需求为每年100吨的东西,人们也乐意支付$ 3十亿每吨。这使我们每年$ 300十亿总收入。

要正确看待这个数字:忽视的钱,税和诸如此类的东西的成本,收入的这个速度每天都会推出一个登月像我们参考使命提供下10,000个年。在这一点上,我们已经使用了所有的氦3在月球上,并最好开始点别的想法。

参考:Kulcinksi,卡梅伦,Santarius,Sviatoslavsky和维滕贝格,“聚变能在月球21世纪。”1988年融合技术研究所,威斯康星大学。

欲了解更多信息:氦-3作为能源的21rst世纪的来源。