Pozyskiwanie izotopu ³He z ciekłego ⁴He

Projekt współfinansowany przez NCBiR, program INNOTECH, ścieżka programowa In-Tech

Konsorcjum Naukowe:
IFM PAN - PGNiG SA O. w Odolanowie - PWr

Okres realizacji: sierpień 2012 - 31 marzec 2016

Instytut Fizyki Molekularnej
Polskiej Akademii Nauk
Poznań

Lider

Polskie Górnictwo Naftowe
i Gazownictwo SA
Warszawa-Odolanów

Partner gospodarczy

Politechnika Wrocławska
Wrocław

Partner naukowy

Światowy rynek odczuwa obecnie dotkliwe braki zaopatrzenia w izotop helu - ³He. Aktualnie głównym źródłem ³He są składy radioaktywnych produktów, w tym broni jądrowej. Ogólnoświatowa tendencja ograniczania zasobów tej broni to jeden z głównych powodów, dla których trudno spodziewać się wzrostu podaży ³He przy stale rosnącym popycie wygenerowanym zagrożeniem terrorystycznym - 85% obecnego na rynku ³He wykorzystywane jest aktualnie w detektorach neutronów. Izotop ³He w przyszłości może odegrać również ważną rolę w rozwiązaniu problemów energetycznych naszej planety. Poszukiwania tego rzadkiego na Ziemi izotopu obecnie rozpoczęto już w najbliższym jej otoczeniu a więc głównie na Księżycu. Brane są również pod uwagę planety naszego układu nie posiadające osłonowego pola magnetycznego. Eksploatacja tych, wprawdzie bogatych źródeł, lecz jednak bardzo odległych, będzie wymagała olbrzymich nakładów finansowych i z konieczności będzie mocno rozciągnięta nie tylko w przestrzeni ale i w czasie.

Na rynkach europejskim i światowym sytuacji związanej z niedostatkiem ³He może zaradzić, w pewnym stopniu, podjęcie próby odfiltrowania ³He z ciekłego helu pochodzącego z gazu ziemnego. Polska jest tu w uprzywilejowanej sytuacji posiadając jedyne w Europie źródło ciekłego helu umiejscowione w Odolanowie - PGNiG SA Oddział w Odolanowie. Oddział ten zajmuje się głównie oczyszczaniem gazu ziemnego z azotu metodą niskotemperaturową umożliwiającą pozyskiwanie z tego gazu również ciekłego helu stanowiącego mieszaninę ⁴He z niewielkim (rzędu pojedynczych ppm) dodatkiem ³He.

Problem braku izotopu ³He okazał się na tyle poważny, że na zamówienie Kongresu Amerykańskiego opracowany został raport omawiający zagadnienia związane z możliwościami rozwiązania tej trudnej sytuacji. Realizowany w prezentowanym projekcie proces wzbogacania ⁴He w ³He, oparty o wykorzystanie nowoczesnych filtrów entropowych, w raporcie tym wymieniany jest jako jeden z podstawowych, możliwych do zrealizowania. Jednak jego opłacalność określana jest pozytywnie tylko w przypadku istniejących już instalacji produkujących ciekły hel. Z taką sytuacją mamy do czynienia właśnie w Polsce i tę sytuację postanowiło wykorzystać Konsorcjum Naukowe ”IFM PAN – PGNiG SA Oddział w Odolanowie – PWr” zawiązane w celu realizacji zadań związanych z omawianym projektem pomiędzy trzema partnerami: Instytutem Fizyki Molekularnej Polskiej Akademii Nauk w Poznaniu (IFM PAN) – liderem projektu, Polskim Górnictwem Naftowym i Gazownictwem SA Oddział w Odolanowie (PGNiG SA Oddział w Odolanowie) – partnerem gospodarczym oraz Politechniką Wrocławską (PWr) – partnerem naukowym.

Promocja projektu

• INNOTECH - galeria
• Publikacje:
  • Separation of 3He Isotope from Liquid Helium with the Use of Entropy Filter Composed of Carbon Nanotubes, Jakub Niechciał, Wojciech Kempiński, Leszek Stobiński, Zbigniew Trybuła, Piotr Banat, Maciej Chorowski, Jarosław Poliński, Katarzyna Chołastb Andrzej Kociemba
  • Operational Costs of He3 Separation Using the Superfluidity of He4, Jakub Niechciał, Piotr Banat, Wojciech Kempiński, Zbigniew Trybuła, Maciej Chorowski, Jarosław Poliński, Katarzyna Chołast, Andrzej Kociemba
  • Helium3 isotope separation and lambda front observation, W. Kempiński, S. Łoś, Z. Trybuła, M. Chorowski, J. Poliński, J. Niechciał, T. Jaskólski, K. Chołast, A. Kociemba,
  • Bose–Einstein Condensate – from superfluidity to superconductivity, W. Kempiński, Z. Trybuła, M. Kempiński, M. Wróblewski, D. Markowski, M. Zawierucha,
  • Continuous Flow System for Controlling Phases Separation Near λ Transition, M. Chorowski, J. Poliński, W. Kempiński, Z. Trybuła, Sz. Łoś, K. Chołast, A. Kociemba.
• Patenty:
  • Patent nr 233586 na wynalazek pt. Głowica niskotemperaturowa do stabilizacji temperatur poniżej 4,2 K w układach wykorzystujących ciekły hel.
  • Decyzja o przyznaniu patentu na wynalazek pt. Głowica układu do badania materiałów i demonstracji zjawisk obserwowanych w obszarze niskich temperatur.
• Wystąpienia konferencyjne:
  • W. Kempiński, Filtry entropowe, PoWieFoNa2013, Czwarte Warsztaty Nanotechnologiczne, 25-28 czerwca 2013, Centrum Nanotechnologii Politechniki Gdańskiej, Gdańsk
  • W. Kempiński, Sz. Łoś, M. Kempiński, Carbon nonmaterials as Entropy Filters,  VIII International Scientific and Technical Conference  “ Carbon Materials & Polymer Composites – development in preparation, investigation and application” , Ustroń - Jaszowiec , 12-15 listopad 2013 r.
  • M. Chorowski, J. Poliński, W. Kempiński, Z. Trybuła, Sz. Łoś, K. Chołast, A. Kociemba, Continuous flow system for controlling phase separation near transition, 2013 Cryogenic Engineering Conference and International Cryogenic Materials Conference, 17 Jun – 21 Jun, 2013, Anchorage, Alaska
  • W. Kempiński, Sz. Łoś, M. Wróblewski, M. Włoszczyk, Charakterystyki Filtrów Entropowych, PoWieFoNa2014, Piąte Warsztaty Nanotechnologiczne, 16-18 czerwca 2014, Szczecin, str. 22
• Film:
  • Film popularno-naukowy prezentujący właściwości nadciekłego helu, nakręcony w trakcie Europejskiego Kursu Kriogenicznego (wrzesień 2014) przez grupę SIDMA w ramach projektu Fundacji Rozwoju Miasta Poznania.
    http://www.o-nauce.pl/film/eksperymenty-z-cieklym-azotem-i-cieklym-helem,76