Nagyon is elképzelhető, hogy a hélium-3 lesz a jövő legfontosabb nyersanyaga, amely a fúziós reaktorokat hajtja – Kína most a Holdról visszahozta ezt a ritka anyagot is. Új versenyfutás kezdődik?
Miért megyünk a Holdra? Az embert értelemszerűen mindig is érdekelte ez a Földünk társául szegődött égitest, így egyfajta „történelmi” szükséglet a felfedezése. Túl azonban az elveken és az ideákon,
akad valami a Holdon, amiből nagyon kevés fordul elő itt a Földön. Ez pedig a hélium-3 nevű izotóp. A hélium-3 jelentőségét pedig igazán a fúziós reaktorok elindulása adhatja.
A legjobb energiaforrás a Nap. Az igazán jó pedig az lenne, ha a Nap energiatermelését valahogy le tudnánk utánozni – erre az elképzelésre alapulnak a fúziós reaktorok.
Az ausztráliai HB11 Energy az első magánvállalat, aminek sikerült lézerekkel demonstrálni fúziós reakciót.
A Nap ugyanis az atomreaktoroknál tisztábban állít elő jóval több energiát – ha megvalósulna, a fúziós energia lehetne a válasz az emberiséget jelenleg gyötrő rengeteg problémára legyen szó az energiakrízisről vagy a klímaválságról. Ezzel az eljárással, tehát a fúziós energia hasznosításával kapcsolatban azonban akad egy kis probléma, ami túlmutat a technológia megvalósíthatóságán is – elképzelhető, hogy már az előtt elfogy az üzemanyag, hogy az első tényleges reaktorok beindulnának.
Az fúziós erőmű a hidrogén két izotópjának: a trícium és a deutérium reakciójára épül.
A deutériummal rendben is vagyunk – nagyjából minden ötezredik hidrogénatom az óceánokban deutérium, vagyis itt a Földön bődületesen sok fordul elő belőle természetesen is – ennek megfelelően az ára is elég alacsony ennek az anyagnak: egy gramm körülbelül 13 dollárba kerül. Más a helyzet a tríciummal – ebből ugyanis csak nyomokban tartalmaz valamennyit az atmoszféra felső rétege (a kozmikus sugárzás és a légkör reakciója nyomán), illetve melléktermékként a nukleáris reaktorok is előállítják iszonyatosan kicsi mennyiségben – de ezt csak nagyon kevés reaktor gyűjti össze. Mivel a trícium rendkívül instabil és 12,3 éves felezési idővel bír, ez azt is jelenti, hogy a meglévő készletek maguktól is gyorsan elfogynak. A trícium egyébként a radioaktív bomlás során a már stabil, de így is nagyon ritka hélium-3 izotóppá alakul át.
A trícium egyetlen kereskedelmi forrása a világon a 19 Canada Deuterium Uranium (CANDU) atomreaktorok, amelyek mindegyike évi fél kilót állít elő ebből az anyagból – de a jelenleg működő reaktorok nagyjából felét még ebben az évtizedben leállítják.
Jelenleg tehát 25 kg trícium akad a bolygón,
és a készlet még ebben az évtizedben tetőzni fog, aztán lassú fogyásnak indul a trícium már említett, 12,5 éves felezési ideje miatt. Mindezt a trícium ára is tükrözi, ami a gyémánttal említhető egy lapon – vagyis grammonként 30 ezer dollárba kerül.
2019-ben ez a kanadai trícium működtette a Joint European Torus (JET) kísérleti reaktort, amellyel bebizonyították, hogy lehetséges áttörni egy fontos határt – el lehet érni, hogy a fúziós reaktor több energiát termeljen, mint amennyit felhasznál.
A JET ennek az energiahatárnak a 2/3-ig jutott el egyébként. A következő lépés a Franciaországban épülő, a JET-nél kétszer nagyobb ITER, amely egy évtized múlva áttörheti ezt a határt – azonban egyesek szerint nem kizárt, hogy ez pürrhoszi győzelem lesz, mivel mire idáig az ITER eljut, fel is zabálta a bolygó trícium készletét, így nem sok marad a következő, akár kísérleti, akár már tényleges reaktoroknak.
Sok kutató amellett érvel, hogy még ha valós körülmények közt éppen csak, de a fúzió során így is valamennyivel több trícium termelődhet, mint amennyi felhasználásra kerül. Azonban mások szerint, még ha ez így is történne, akkor sem lesz elég trícium ahhoz, hogy az első generációs reaktorokat egyáltalán beindíthassuk. A probléma ugyanis az, hogy a trícium nem megújuló forrás – a becslések szerint mielőtt elkezdtük volna felhasználni a nukleáris energiát, mindössze pár kg akadt belőle a Földön.
Az instabil trícium helyett azonban a reaktor elvileg működhet a deutérium és a hélium-3 izotópok fúziójával is, sőt ez a reakció nem csak hatékonyabb, de „tisztább” is, mivel a kölcsönhatás során nem neutron, hanem proton termelődik, amit a pozitív töltése miatt könnyen lehet raktározni.
Sajnos sokat ez sem segít rajtunk, mivel a hélium-3 sem megújuló forrás, így természetesen ez az anyag vagy ősrégi csillagokból került ide még a bolygónk kialakulásakor, vagy mi magunk állítjuk elő ipari úton a trícium bomlásával. A becslések szerint a bolygó héliumkészletének 0.0001 százaléka hélium-3, és az ára 1400 dollár grammonként.
Ugyanakkor az energiatermelésben nagyon is fontos nyersanyagról beszélünk: a becslések szerint 25 tonna hélium-3-mal az USA teljes energiaszükséglete kielégíthető lenne egy éven keresztül.
Magyarán kevés a trícium, ellenben a hélium-3 készletünk sem épp bőséges, és egyik sem megújuló forrás. Elképzelhető azonban, hogy a megoldás egy erősen metaforikus karnyújtásnyira található: a Holdon.
1986-ban a Fúziós Technológiai Intézet kutatói a Wisconsin Egyetemen úgy becsülték, hogy a Holdkőzet egymillió tonna hélium-3-at tartalmazhat. Még egyszer tehát: már 25 tonna is elég lenne ebből az anyagból az USA-nak egy teljes évre, és 25 tonna akkora mennyiség, amit a számítások szerint már egy űrsikló méretű űrhajó is a bolygónkra juttathat.
A Holdon egyébként azért akad több hélium-3, mivel a bolygónkkal ellentétben azt nem védi mágneses mező, így ez az anyag könnyen odakerült a napszéllel. Az pedig, hogy a Holdon bányásszunk hélium-3-at olyan régi ötlet, hogy már az Apollo program geológusa, Harrison Schmidz is többször érvelt mellette. A másik forrás egyébként egyesek szerint a Jupiter lehetne, ahol egyrészt több hélium-3 áll rendelkezésre, mint a Holdon, illetve a kinyerése is kevésbé energiaigényes folyamat – más kérdés természetesen a távolság, ami a Hold irányába dönti a mérleget legalábbis (a relatíve) rövid távon.
A Hold hélium-3 készlete felkeltette olyan hagyományosan nem igazán űrutazó ország kíváncsiságát is, mint India, de a legutóbb az űr felderítésében egyre aktívabb szerepet játszó Kína ért el gyakorlati eredményt.
Az ázsiai ország a Csang-o–5, az ötödik kínai holdszondával ugyanis nem csak kőzeteket gyűjtött a Holdon, de ezeket vissza is hozta a Földre – ami olyan teljesítmény egyébként, amire 1976 óta nem került sor. A kőzetek tanulmányozásakor nem csak egy újfajta ásványt fedeztek fel a kutatók, de megerősítették a hélium-3 jelenlétét is az égitesten, mivel ezt is sikerült a mintában kimutatni.
Az persze kérdés, hogy a Holdon végzett bányászatot akár ezen ritka anyag után is mennyire veszi komolyan a két nagyhatalom, de ha mégis, akkor az adhat egy újabb a réteget a jelenleg inkább presztízskérdések mentén alakuló konfliktusnak az USA és Kína közt. 2007-ben egyébként Frank Close elméleti fizikus lényegében hülyeségnek nevezte az egész hélium-3 bányászatot a Holdon, mint elképzelést a Fears over Factoids című írásában. 2007 óta azonban sok víz lefolyt a Dunán, és mi sem jelzi jobban, hogy egyesek komolyan látnak fantáziát a hélium-3 alapú fúziós reaktorokban, mint hogy a technológia kereskedelmi működtetését tervező, és az első ilyen reaktor megépítésével foglalkozó cég, a Helion Energy tavaly 2,2 milliárd dollár tőkét vonzott be ezen cél elérése érdekében.
Ha pedig ezen tervek sikerrel járnak, valamilyen forrásból biztosítani kell ezt a ritka anyagot.
rakéta – Pesti Hírek