Китай обнаружил новый минерал и возможный источник энергии на Луне

Проанализированный образец (и подтвержденный Международной минералогической ассоциацией как новый минерал) был обнаружен среди всего 1731 грамм лунных образцов, доставленных миссией Chang'e 5 в 2020 году — первая лунная порода, доставленная на Землю с 1976 года. Это монокристаллическая частица с радиусом около 10 микрон.

Этот улов также дал первые цифры концентрации гелия-3 в лунной пыли, и исследователям удалось вывести «параметры извлечения», необходимые для сбора изотопа из возвращенных образцов.

Гелий-3 рассматривается как многообещающее потенциальное топливо для ядерного синтеза. С двумя протонами и всего одним нейтроном он уникален как единственный известный стабильный изотоп любого элемента, в котором протонов больше, чем нейтронов. Теоретически реакция синтеза дейтерия/гелия-3 высвободит 164,3 мегаватт-часа энергии на грамм гелия-3, и, что особенно важно, ни гелий-3, ни продукты его реакции не являются радиоактивными, поэтому они не превратят компоненты реактора в радиоактивную головную боль, связанную с утилизацией ядерных отходов, такая же как у дейтериево-тритиевого реактора.

Есть и недостатки: термоядерный реактор с гелием-3 должен будет работать при гораздо более высоких температурах, чем тритиевый реактор, а гелий-3 чрезвычайно редок и его трудно изолировать на Земле. Действительно, основной способ его производства сегодня - это ожидание распада трития в ядерных боеголовках и связанных с ними запасах, а затем извлечение его в небольших количествах, всего около 15 кг в год. Он естественным образом присутствует в атмосфере Земли, но в крошечных концентрациях 7,2 частей на триллион. Он также присутствует в первичных газах в мантии Земли, но обычно недоступен.

Это, безусловно, имеет большое значение, поскольку США начали использовать его в детекторах нейтронов, сканирующих ядерные материалы на пограничных переходах США, что значительно увеличило спрос и соответственно повысило цену. В последнее время он достиг отметки в 17 540 долларов США за грамм, и ожидается, что спрос будет продолжать расти, поэтому многие аналитики считают, что это отличный кандидат для добычи на Луне.

Считается, что поверхность Луны содержит до 1,1 миллиона метрических тонн гелия-3. Согласно International Policy Digest, это представляет собой ресурсы на сумму около 1,5 квадриллиона долларов и возможность, которую Оуян Цзыюань, глава Китайской программы исследования Луны, резюмировал как трансформационную возможность термоядерной энергии: «Каждый год три миссии космических челноков могут принести достаточно топлива для всех людей во всем мире».

Конечно, затраты на строительство шахты на Луне астрономические. Это тоже не будет маленькой операцией; самые высокие предполагаемые концентрации гелия-3 в лунном грунте составляют около 50 частей на миллиард (Китай не обнародовал концентрации, которые он обнаружил в своих образцах), поэтому потребуется переработать 150 тонн реголита, чтобы собрать один грамм ценного изотопа. А затем нужно будет вернуть его на Землю; само по себе не простое и не дешевое предприятие.

Более того, несмотря на то, что в последнее время в области термоядерного синтеза наблюдается масса энергии и активности, далеко не гарантируется, что он будет запущен в качестве источника энергии в ближайшее время. И если исследователям удастся создать и поддерживать «намного более высокие» 600 миллионов градусов температуры, необходимые для синтеза гелия-3, может быть, они достигнут температур в миллиарды градусов, необходимых для синтеза водорода и бора, который в равной степени свободен от радиоактивного топлива и побочных продуктов, но использует невероятно дешевое и обильное топливо - по словам термоядерной компании TAE, ожидается, что она будет запущена в коммерческую эксплуатацию к началу-середине 2030-х годов. Тем не менее, добыча лунного гелия, безусловно, идея, которую Китай планирует исследовать.

«Анализ состава лунного грунта и образцов лунных пород и изучение ядерной науки для оценки потенциальных ядерных энергетических ресурсов на Луне является одной из стратегических целей китайского проекта исследования Луны», — говорится в пресс-релизе Китайской национальной ядерной корпорации.

После объявлений Changesite-(Y) и гелия-3 Китайское национальное космическое управление объявило о полном государственном одобрении следующих трех лунных миссий Фазы 4. Запуски Chang'e 6, 7 и 8 ожидаются уже в 2024 году, что позволит исследовать южный полюс Луны и начать строительство базовой структуры Международной лунной исследовательской станции.