Na Zemlji otkriveno "gorivo sutrašnjice", koje se obično nalazi na Mjesecu

O helijumu-3 se obično govori kao o resursu na Mjesecu – nečemu što bi budući astronauti mogli iskopavati iz lunarne prašine za napajanje fuzijskih reaktora ili hlađenje kvantnih mašina. Njegovo otkriće ispod šuma i močvara u sjevernoj Minnesoti, SAD, iznenadilo je mnoge naučnike.

Laboratorijski testovi pokazuju koncentracije od 14,5 dijelova na milijardu – što je izuzetno slično nivoima izmjerenim u uzorcima programa Apollo donesenim s Mjeseca.

Analize plina, koje je vodio geohemičar dr. Peter Barry iz Okeanografskog instituta Woods Hole, sugerišu da bi Minnesota mogla biti domaćin jednog od najneočekivanijih rezervoara helijuma-3 ikada identifikovanih.

Rijedak oblik helijuma

Atomi helijuma se javljaju u različitim oblicima koji se nazivaju izotopi. To su atomi koji imaju identičan broj protona, ali različit broj neutrona. Svi se računaju kao helijum, ali neki su teži od drugih.

Helijum-3 (3He) ima dva protona i jedan neutron, dok mnogo češći helijum-4 (4He) ima dva protona i dva neutrona.

Većina zemaljskog 3 He potiče od raspada tricija u nuklearnom oružju i reaktorima. Ovo se dopunjuje malim količinama zarobljenim u poljima prirodnog plina.

U Zemljinoj atmosferi, 3He je prisutan samo u tragovima, što je za mnogo redova veličine niže od gasa u novom rezervoaru Minnesote.

Male koncentracije, veliki utjecaj

Ovaj dragocjeni plin može dostići cijenu od devet miliona dolara po funti. Ta cijena ga čini znatno vrijednijim od svakodnevnog helijuma, prema analizi industrije.

Američke agencije ograničavaju upotrebu 3He za programe koji uključuju neutronske detektore i kriogeniku, nauku o radu na niskim temperaturama.

Budući da helijum iz Topaza ne zavisi od zastarjelih nuklearnih zaliha, čak i skromni prinosi 3He ovdje mogli bi ublažiti ta dugoročna ograničenja u snabdijevanju.

„Uzbuđeni smo što možemo objaviti ovo izvanredno otkriće helijuma-3“, rekao je Thomas Abraham-James, predsjednik i izvršni direktor kompanije Pulsar Helium.

Ispitivanje podzemnog plina

Uzorci plina iz bušotine Jetstream 1 analizirani su u laboratorijama u Ohiju i Massachusettsu. Obje laboratorije su se složile oko pronađenih koncentracija plina i omjera.

U gasovitom okruženju sa sadržajem 4He između jedan i jedanaest posto, odnos 3He prema 4He ostao je konstantan, što ukazuje na jedan izvor.

Naučnici ovaj odnos izražavaju kao odnos 3 He prema 4 He od oko 0,09 u odnosu na zrak. To ga čini znatno višim nego u tipičnim plinovima Zemljine kore.

Ti omjeri su mjereni specijaliziranim masenim spektrometrom za plemenite plinove, instrumentom koji sortira atome plina po masi.

Helijum zadržan eonima u Minnesoti

Sjeverna stijenska podloga države izgrađena je od drevne, uranijumom bogate kore, koja je milijardama godina tiho generirala helijum.

Toplota odozdo i stari rasjedi u kori pomažu oslobađanju helija iz mineralnih zrna, omogućavajući mu da migrira prema gore kroz stijenu.

U Topazu, plin bogat dušikom djeluje kao noseći fluid, rastvarajući helij i transportirajući ga prema gore bez dodavanja ugljikovodika teških ugljikom.

Prekrivajući slojevi čvrstih stijena formiraju barijeru koja sprječava curenje smjese bogate helijumom i omogućava joj nakupljanje.

Tehnologije koje se oslanjaju na helijum-3

Budući da 3He tako efikasno hvata spore neutrone, on je osnova visoko osjetljivih detektora koji traže ilegalni nuklearni materijal i prate istraživačke reaktore.

U rashladnim sistemima, 3He se miješa sa 4He kako bi se postigle izuzetno niske temperature. Ovo je ključno za kvantno računarstvo, metodu koja koristi kvantnu fiziku za obradu informacija.

Istraživači istražuju 3He kao gorivo za fuziju, reakciju u kojoj se laka atomska jezgra spajaju i oslobađaju energiju.

Helijum-3 također hladi specijalizirane eksperimente u fizici kondenzovane materije i pokreće napredne metode snimanja. Ove uloge daju gasu utjecaj daleko izvan njegovih sićušnih volumena.

Cijepanje izotopa helijuma

Naučnici mjere svjetsku proizvodnju 3He u desetinama hiljada litara svake godine. To je daleko ispod očekivane potražnje kvantnih računara i laboratorija.

Odvajanje 3He od 4He u struji gasa je teško jer se dva izotopa ponašaju identično osim ako se ne ohlade na ekstremno niske temperature.

Inženjeri testiraju pristupe kao što su kriogena destilacija i adsorpcijske kolone. Međutim, do sada nijedna kompanija nije pokrenula postrojenje koje proizvodi čisti 3He iz plinskih tokova.

Pulsar je pozvao univerzitete i tehnološke firme da Topaz tretiraju kao poligon za testiranje metoda separacije koje bi mogle otkriti tok 3He .

Minnesota procjenjuje rizike rudarstva helijuma

Minnesota nikada nije komercijalno proizvodila naftu ili prirodni plin, tako da zakonodavci pišu pravila dok se kompanije pripremaju za korištenje ležišta Topaz.

Lokalni stanovnici i plemenske vlasti razmatraju pitanja o podzemnim vodama , divljim životinjama i buci. Također prate rast potencijalnih radnih mjesta i poreskih prihoda.

Neki članovi zajednice zabrinuti su da Minnesota nema iskustva s plinskim bušotinama. Insistiraju da regulatori moraju pažljivo ispitati planove bušenja, spaljivanja i rekultivacije prije proizvodnje.

Za Minnesotu, pristalice vide Topaz kao način snabdijevanja helijem bez uvoza iz politički osjetljivih regija. Također će generirati značajne prihode za okruge.

Sljedeći koraci u Topazu

Startup kompanije koje planiraju rudarenje "3 He from the Moon" potpisale su ugovore s firmama koje proizvode frižidere za kvantno računanje i s Ministarstvom energetike.

„Trebat će im više helija-3 nego što je dostupno na planeti Zemlji“, rekao je Gary Lai, glavni tehnološki direktor kompanije Interlune.

Za Pulsar, sljedeći koraci uključuju bušenje dodatnih bušotina i procjenu iskoristivog helijuma. Također moraju odlučiti može li tehnologija separacije podržati profitabilan projekat.

Ako se helijum iz Minnesote može proizvoditi u velikim količinama, ovo potencijalno gorivo budućnosti bi moglo dolaziti iz šuma umjesto iz lunarnog tla.

╰┈➤ Program N1 televizije možete pratiti UŽIVO na ovom linku kao i putem aplikacija za Android /iPhone/iPad