21 февраля 2011

Гелий лёгкий и недоступный

В складских помещениях базы американских ВВС "Эндрюс" можно найти самые разные детекторы ионизирующего излучения. Одни из них можно без труда унести с собой в рюкзаке. Другие устанавливаются на самолётах, третьи - на морских судах. Но все они нужны для поиска ядерной контрабанды, и всем им нужен гелий-3, пишет "PBS NewsHour".

Гелий-3, наследник трития

Детекторы регистрируют потоки нейтронов, исходящие из делящихся материалов. Для работы детекторам требуется гелий-3, самый лёгкий из стабильных гелиевых изотопов. Газовые счётчики с 3He регистрируют нейтроны по реакции (n,p) - захвату нейтрона и испусканию протона.

Проблема в том, что запасы гелия-3 чрезвычайно малы и очень быстро истощаются. Распространённость этого изотопа в земном гелии настолько мала, что при её записи легко потерять несколько нулей справа от запятой - она составляет 0,000137(3)% по данным NuBase от 2003 года.

Большая часть американского запаса 3He обязана своим происхождением распаду трития. Для используемого в военной ядерной программе трития характерен β--распад с периодом более 12 лет, дочерним продуктом которого является гелий-3. Но сокращение ядерных арсеналов привело к сокращению запасов трития, а следовательно, и лёгкого гелия.

От нехватки 3He страдает национальная безопасность Соединённых Штатов. Кроме неё, гелиевый дефицит сказывается и на вполне мирных направлениях - от научных исследований до медицины.

Производство трития в США было прекращено в 1988 году. Одновременно это означало конец производства исходного продукта для получения гелия-3. После сентябрьских терактов 2001 года, в Америке осознали необходимость поиска путей пополнения гелиевых запасов. Но осознанием пока всё и ограничивается.

Реактор или Луна

"Это (дефицит гелия-3) превратилось сегодня в огромную проблему для национальной безопасности", - считает Чарльз Фергюсон, президент авторитетного аналитического центра FAS и эксперт по ядерным спецматериалам.

Гелий-3 можно получать на ускорителях или в ядерных реакторах. Задача эта сложная и дорогая. В качестве срочного выхода, американцы предлагают импортировать из Канады тритий, но это пока что запрещено канадским законодательством. Возможно, что придётся ждать, пока канадский тритий не распадётся в гелий-3, и непосредственно его уже ввозить в США.

Эксперты в отчаянии останавливаются на идеях, над которыми в прошлом веке приличное общество просто посмеялось бы. Джеральд Калчински, профессор атомной энергетики в университете Висконсина-Мэдисона, предлагает наладить добычу 3He на Луне.

Действительно, запасы лёгкого гелия на естественном спутнике Земли во много раз превосходят его запасы на нашей планете. По некоторым оценкам, в лунном реголите Луне его может быть до миллиона тонн. Для сравнения, масса гелия-3 в земной атмосфере определяется как 35-40 тысяч тонн.

"Астронавты с "Аполло" привезли назад лунный грунт, и в нём был найден гелий-3", - напоминает Калчински.

Профессор и его команда работают с лёгким гелием над другими задачами - он интересует их с точки зрения синтеза. Растущий дефицит 3He они чувствуют на своём кармане - цена на этот газ выросла в 10 раз, до 1000 долларов за грамм, и исследовательская работа Калчински оказалась практически свёрнутой.

"Если (военные) источники гелия-3 иссякнут, то я не вижу другого места на Земле, где мы смогли бы его получить, и нам придётся полностью отказаться от своей работы", - недоволен профессор.

Целая группа американских ведомств, включая министерства энергетики и обороны, думает над тем, откуда страна будет брать гелий-3. Пока что единственное, что они сделали - сокращение поставок лёгкого гелия потребителям.

В апреле 2010 года комитет по науке и технологии палаты представителей конгресса США заключил на слушаниях, что одной из причин образования дефицита гелия-3 в Америке стал плохой менеджмент. Дефицита можно было бы избежать, уверены парламентарии.

Вместо того, чтобы предпринимать конкретные шаги, заинтересованные ведомства изображали удивление и выражали беспокойство. Поиском альтернатив никто не занимался всерьёз, слишком полагаясь на мифические "прорывы", которые, к сожалению, случаются крайне редко.

Нехватка гелия-3 приведёт к реальным негативным последствиям для "многих и многих областей", отмечали в 2010 году парламентарии. С тех пор, ничего принципиально не изменилось.