Hungary

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

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 hagyományos atomerőművekben 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.

Football news:

Jurgen Klopp: We are not thinking about next season, but about this one. There is much more to come
Inter is ready to buy out Sanchez from Manchester United for 20 million euros (Goal)
Werder fans are the best: they supported the team with a tractor emblem and thanked the Union with a hundred cases of beer
Flick about the Cup final with Bayer: It will not be like in the championship. They can hurt us
Holland will play in Dortmund and under 9-m number from the next season
Solskjaere and Lampard are among the contenders for the title of best coach in June in the Premier League
Umtiti injured his left knee. He won't have surgery