Ilona
15 °C
29 °C
Index - In English In English Eng

Már a nácik is a hélium-3-ért mentek a Holdra

2019.07.20. 08:12 Módosítva: 2019.07.20. 14:12
Képzeljünk el egy örök energiát ígérő fűtőanyagot, ami nukleáris, de mégsem radioaktív. Ez első hallásra lehetetlen, hiszen a köztudatban ezek a jelzők gyakorlatilag szinonimaként működnek. Pedig elméletileg létezik ilyen, mégpedig a hélium hármas tömegszámú izotópja. Kár, hogy a Földön gyakorlatilag nincs ilyen. Nem úgy a Holdon, ahol sokak szerint ipari mennyiségben lehetne bányászni. Ez az igazi értelme az égitestre való visszatérésnek, nem holmi felfedezés.

Mint az az Iron Sky című dokumentumfilmből tudható, a második világháború végén a Hold sötét felére visszavonuló nácik teljes infrastruktúrájuk energiaellátását a hélium-3 nevű anyagból oldották meg. Hogy ez minden odaérkező űrhajós számára nyilvánvaló legyen az első látásra, gót betűkkel rá is írták a hatalmas, silószerű tartályokra. Szinte minden nagyobb energiafogyasztású gépezetet a hélium-3 működtetett, így a Götterdämmerung nevű űrhajó fegyverzetét és reaktorait is. A földi kormányok is a He-3 izotóp megszerzéséért akartak maguknak területet foglalni a Holdon – ahogy

hasonló motivációik vannak (persze sokkal földhöz ragadtabb léptékben) a való életben, a valódi országok kormányainak is.

Newt Gingrich, aki sikertelenül próbált republikánus elnökjelöltté válni a 2012-es amerikai elnökválasztáson, kampányában ugyancsak bedobta a Holdról szerezhető patyolattiszta és szinte kifogyhatatlan energia kiaknázásának lehetőségét, és ezzel koránt sincs egyedül. India, Kína és egy csomó űripari startupvállalkozás ígéri, hogy hamarosan bányát nyit a Holdon, és özönleni fog a He-3 a Földre, azzal pedig eljön a végtelen, tiszta energiával folyó Kánaán.

Az Iros Sky hélium-3-kitermelő telepe
Az Iros Sky hélium-3-kitermelő telepe
Fotó: Blind Spot Pictures Oy

Attól most tekintsünk el, hogy technikailag mennyire reális, hogy a belátható jövőben bányásztelepek létesüljenek a Holdon, ahonnan ipari mennyiségű nyersanyagot fognak kinyerni állami és magánvállalatok (egyébként nem nagyon), inkább nézzük magát a hélium-3-at. Az anyagnak ugyanis igen sok, valóban komolyan vehető támogatója is van, a legismertebb közülük Harrison Schmidt, az Apollo–17-tel a Holdon járt űrhajós (aki egyébként egyedüliként nem katona, hanem geológus volt).

Nukleáris ≠ radioaktív

Mi is az a hélium-3, és hogyan működhet nukleáris energiahordozóként, ha ő maga, illetve bomlástermékei nem radioaktívak? A héliumatomok legtöbbjének atommagjában két proton és két neutron foglal helyet, így a tömegszámuk négy (tömegszám = a protonok és a neutronok száma összesen). De vannak másfajta héliumatomok is, amelyeknek magjában a két proton mellett csak egy neutron van, így tömegszámuk három (innen a hélium-3, He-3 név). A hélium-3 az egyetlen ismert izotóp a világegyetemben a közönséges hitrogénatomon kívül, ami úgy tud stabil lenni, hogy az atommagjában több proton van, mint neutron.

A hélium-3 két természetes úton keletkezhet: a Föld (illetve más égitestek) gyomrában, lítiumatomok bomlástermékeként, illetve a világűrben, a kozmikus sugárzás kiváltotta nukleáris reakciók hatására. Egyik mód sem kedvez annak, hogy a Földön iparilag értelmezhető mennyiségben jelen lehessen az izotóp. A mélyben képződő atomok kijutnak az atomszférába, majd onnan elszöknek a világűrbe, az űrben létrejövő He-3 viszont

bolygónk védelmező mágneses tere miatt nem jut le a Föld felszínére.

Amikor két hélium-3 atom összeolvad, a fúzió közben bődületesen nagy energia szabadul fel, amelyet elméletileg ki lehetne aknázni. De a legjobb az egészben, hogy az energiafelszabadulás önmagában nem teszi radioaktívvá a környezetét. Vagyis úgy lehet belőle nagyon sok energiához jutni, hogy nem kell vesződnünk az atomenergia szokásos negatívumaival. Pontosabban ez nem olyan biztos, mert a fúzióhoz iszonyú magas hőmérsékletre van szükség, és ilyen melegben már sok minden radioaktívvá válik magától is.

Egymillió tonna hélium-3

Mindenesetre az anyag még így is sokkal előnyösebbnek tűnik, mint a ma használt fűtőanyagok bármelyike, és a mérések szerint a Hold regolit nevű kőzetében az elmúlt évmilliárdok során nagy mennyiség gyülemlett fel belőle. (És még ennél is sokkal több van a Naprendszer gázóriásaiban, például a Jupiterben, de a Jupiter-bányászat még a legbátrabb képzeletű űrteoretikusok szerint is odébb van picit.)

Szóval ott van a Hold, benne az elképzelhetetlenül sok csilliárd dollárt ígérő energiahordozóval. De honnan tudjuk, hogy a gyakorlatban is működhetne a hélium-3-alapú energiatermelés, és a Holdon tényleg van annyi az anyagból, hogy az megérje a vesződséget? Nos, biztosan nem tudjuk, de vannak biztató jelek. Már 1986-ban úgy becsülték a Wisconsini Egyetemen működő, fúziós technológiát kutató központ munkatársai, hogy a Hold regolitja (amit akár talajnak is hívhatnánk, de ahhoz növényzet is kéne) egymillió tonna hélium-3-at tartalmaz.

Koncepciórajz az űrbányászatról
Koncepciórajz az űrbányászatról
Fotó: NASA

Ez évszázadokra elegendő energiát biztosíthatna az emberiségnek, és energetikai értelemben kifizetődő lenne: a belőle kinyerhető energia 250-szer haladná meg a kiaknázásához és a Földre való szállításához szükséges energiát.

Hogy mégsem ilyen meseszerű a helyzet, jól mutatja, hogy már 1986-ban is volt fúziós technológiát kutató intézete a Wisconsini Egyetemnek, de ma mégsem üzemelnek fúziós erőművek minden atomerőmű helyén. Az a néhány kísérleti reaktor, amit megépítettek, azzal küzd, hogy nettó energiatermelése (a befektetett és a kinyert energia különbsége)

a nulla fölé emelkedjen.

150 tonna egy grammért

Ettől függetlenül az elméleti számítások egyértelműen a hélium-3 pártján állnak. Hatalmas előnye a konvencionális nukleáris fűtőanyagokkal szemben, hogy fúziójakor nem neutronok szabadulnak fel (amelyeket nagyon nehéz megakadályozni abban, hogy a környezetbe jutva radioaktivitást okozzanak). Maga a hélium-3 nem radioaktív, és a fúziókor protonok képződnek, amelyek pozitív töltésük folytán könnyen kordában tarthatók elektromágneses mező segítségével. Sőt, a töltés miatt az energia közvetlenül is kinyerhető lenne a rendszerből, és nem kéne az atomreaktorokban használt gőzfejlesztést és turbinameghajtást közbeiktatni, ami pedig

a hatékonyságot növelné jelentősen.

Az elmélet szép dolog, a nagy probléma a gyakorlati megvalósítással van. Az még hagyján, hogy a holdkőzetből úgy lehetne kinyerni a hélium-3-at, hogy 600 Celsius-fokra melegítjük azt. Az sem a legnagyobb probléma, hogy a Holdon lévő „sok” hélium-3 koncentrációja a regolitban valójában mindössze 1,4-15 ppb (milliárdomodrész) a napos oldalon és 50 ppb a sötéten (ebből is látszik, milyen jól tudták nácik, hova kell menni érte).

Koncepciórajz a Holdon épített ipari üzemekről
Koncepciórajz a Holdon épített ipari üzemekről
Fotó: NASA

Vagyis több mint 150 tonna regolitot kellene feldolgozni, hogy 1 gramm hélium-3-at izoláljanak. A legnagyobb probléma magával a fúziós energiatermeléssel van, amely évtizedek időnként lendületet veszítő, máskor újult erőre kapó kutatása ellenére sem tudott máig semmilyen, gyakorlatban is hasznosítható eljárást felmutatni.

Így alapvető áttörésre lenne szükség a fúziós technológiában, mielőtt azon gondolkodnánk, hogy hogyan fognak bányászni az űrhajósok a Holdon.

A hélium-3 legnagyobb vonzerejével, a radioaktivitás hiányával sincs minden rendben. Amint Frank Close, az Oxfordi Egyetem fizikusa már több mint tíz évvel ezelőtt kifejtette, szép, hogy maga a He-3 nem radioaktív, de a deutérium (a 2-es tömegszámú hidrogén) százszor lassabban reagál a He-3-mal, mint a tríciummal (a 3-as számú hidrogénnel, ahogy az a többi kísérleti fúziós reaktorban történik). Ez a lassú reakció azt teszi szükségessé a gyakorlatban is működő hélium-3-alapú energiatermeléshez, hogy a hőmérsékletet a mai reaktoroknál sokkal magasabbra emeljük.

Ilyen pokoli hőségben viszont a deutériumatomok már egymással is reakcióba lépnek, és tríciumot hoznak létre. A létrejövő trícium ezután sokkal gyorsabban reagál a deutériummal, mint a hélium-3, és megint ott vagyunk, ahol a part szakad. Pontosan ugyanaz a nukleáris reakció fog végbemenni itt is, mint általában – neutronokkal, radioaktivitással, sugárzó hulladékkal és így tovább.

Van (némi) remény

Ugyanakkor ez nem feltétlenül a történet vége, hiszen éppen a klasszikus fúziós reaktorok működéséhez szükséges hatalmas hőség (150 millió Celsius-fok) jelentette problémák kiküszöbölése végett egyre többen gondolkodnak másféle fúziós energiatermelésen, amelyhez sokkal alacsonyabb hőmérséklet is elegendő lenne.

A Wisconsini Egyetemen (ahol 1986-ban az egész Hold-hélium-3 aranylázat elindító úttörő tanulmányt írták) építettek is egy kis reaktort, amelyben sikerült minimalizálni a trícium- és ezáltal a neutrontermelést, miközben a hélium-3 összeolvad a deutériummal. Az intézet igazgatója, illetve a hélium-3-alapú energiatermelés legnagyobb tudós támogatója, Gerald Kulcinski szerint még ennél is nagyobb fordulópontot jelenthet az a reaktor, amely a hélium-3 atommagok összeolvadásából nyer energiát.

Mivel ebben már semmilyen szerepet nem játszik a deutérium, egyáltalán nem képződik benne neutron, és nincs radioaktivitás. De erről még Kulcinski is elismeri, hogy

nem biztos benne, hogy az ő életében még megvalósulhat.