Потребители гелия

ПОТРЕБИТЕЛИ ГЕЛИЯ

Велика потребность в гелии, и по всем признакам в будущем она будет увеличиваться. Ежегодный прирост мировой выработки гелия достигает 12—15%. Прогнозируемое к 2015 г. мировое потребление гелия оценивается в 150 млн. м³ в год и более. Поэтому важно знать, надолго ли хватит запасов гелия на Земле.
 
Воздух — практически неисчерпаемый резервуар гелия при любом уровне его потребления. К сожалению, извлечение гелия из воздуха неэкономично; на установке, перерабатывающей 170 тыс. м³ воздуха в час, можно получить за сутки всего лишь 12 м³ гелия. Вероятно, воздух останется резервом, к которому прибегнут только при отсутствии лучших видов гелиевого сырья.
 
Углеводородные газы земной коры являются носителями больших количеств гелия. Однако ресурсы природных газов не безграничны. Разумеется, не все запасы гелиеносных газов выявлены — тут предстоят еще богатые находки. И все же в настоящее время предполагается, что в течение ближайшего столетия запасы природного газа сильно истощатся из-за форсированного потребления. Ведь природный газ, по современным данным, составляет только 6% общих запасов органического топлива. Этот прогноз, очевидно, распространяется и на газы, используемые для промышленного извлечения гелия, включая и азотные газы.
 
Настораживает и медленный прирост выявленных запасов гелия, а в США уже ряд лет наблюдается их убыль. В центральной части этой страны расположена богатейшая в мире гелиеносная область, где к концу 50-х годов исходные запасы гелия оценивались в 6 млрд. м³. Однако интенсивные поиски последующих лет были почти безрезультатны. Восполнение же гелия в земной коре протекает крайне медленно.
 
В свете сказанного обоснованна забота о прекращении утечки тех огромных количеств гелия, что бесполезно уходят в атмосферу при сжигании и переработке-углеводородных газов в производстве и быту. Подсчитано, что это ведет к безвозвратной утрате в десятки раз больших количеств гелия, чем извлекается на гелиевых заводах. Разрабатываются и отчасти уже осуществляются широкие программы предварительного извлечения гелия из бедных им газов до их использования как топлива и химического сырья. Эта мера не только сберегает много гелия. Одновременно  она повышает  теплотворную способность природного газа, так как в процессе извлечения гелия удаляются негорючие  примеси — гелий,   углекислый   газ, отчасти азот.
 
Таков главный путь сбережения гелия. Другая мера сводится к ограничению потребления гелия лишь теми отраслями, где он незаменим. Сюда относится прежде всего криогенная, ядерная, отчасти ракетная и космическая техника.
Проблема обеспечения гелием побуждает думать и о возможных новых его источниках. В не столь отдаленном будущем представляется возможным использование синтетического гелия — продукта управляемой термоядерной реакции.
 
В начале второй половины нашего века на Земле был воспроизведен звездный процесс слияния протонов в ядра гелия. Этот процесс — взрыв водородной бомбы. Необходимые для его инициирования очень высокие температуры создает детонатор в виде атомной бомбы из урана-235 или плутония-239.
 
Физики укоротили происходящий на Солнце протонно-протонный цикл реакций. Они отсекли от него весьма длительную первую фазу — превращение протона в дейтроны, использовав дейтерий из тяжелой воды в смеси с тритием или с литием-6, генерирующим тритий при поглощении нейтронов (Li + ¹ ³T+He). Участие трития способствует увеличению интенсивности реакции я снижает ее температурный порог. В силу заметного дефекта массы реакция синтеза сопровождается выделением огромных количеств энергии:
 
Li + ² 2He + 22,4 МэВ 
 
Однако при взрыве водородной бомбы реакция синтеза выходит из-под контроля человека, она протекает бурно и нестационарно, весь процесс заканчивается менее чем за миллионную долю секунды.
 
Одна из крупнейших научно-технических задач современности состоит в том, чтобы синтез гелия из дейтерия и трития приобрел характер управляемого и стационарного процесса; это позволит получать колоссальные количества дешевой энергии при минимальном выходе радиоактивных веществ. В более далекой перспективе реальна возможность сжигания одного дейтерия, ресурсы которого в водах Мирового океана практически неисчерпаемы. Да и дейтерий-тритиевый процесс может быть обеспечен на сотни лет вперед имеющимися на Земле ресурсами лития.
 
Над этой задачей работают во многих странах. При продвижении к цели обнаружились сложные проблемы. Центральными из них являются: удержание плазмы, ее термоизоляция и нагрев до требуемых температур. Ни одна из них еще не решена до конца, но тем не менее большинство ученых полагают, что к началу следующего столетия будут найдены решения и построены первые промышленные термоядерные реакторы.
 
Термоядерные станции будущего смогут производить не только большие количества электроэнергии, их побочной продукцией явится гелий. Еще не время обсуждать детали процесса образования гелия и отвода его из реакционной зоны, поскольку неизвестно, какие принципы лягут в основу технологии термоядерного синтеза. Ясно одно: утилизация синтетического гелия будет реализована в комплексе с основным процессом регулируемого высвобождения термоядерной энергии.
 
В задаче устранения нехватки гелия главное, по-видимому, значение термоядерного синтеза будет состоять в том, что обилие дешевой энергии сделает приемлемым процесс извлечения гелия из воздуха. В более отдаленной перспективе, возможно, целесообразно будет извлекать гелий (вместе с другими ценными элементами) из глубинных массивов гранитов и базальтов путем их проплавления. Ведь гелия там гораздо больше, чем в атмосфере, хотя концентрация его еще меньше.
Статья на тему Потребители гелия