V roce 1986 vědci z Ústavu technologie jaderné fúze na Wisconsinské univerzitě odhadli, že měsíční „půda“, tzv. regolit, obsahuje milion tun helia-3 (3He), materiálu, který by mohl být použit jako palivo pro výrobu energie pomocí jaderné fúze. Podle této studie by jeho těžba byla výnosným podnikem: energie vyrobená z helia-3 by byla 250krát větší než energie potřebná k vytěžení této suroviny z Měsíce a její dopravě na Zemi, kde by měsíční zásoby helia-3 mohly zásobovat lidské potřeby po celá staletí.
Analýza vědců založená na vzorcích odebraných při misích Apollo vyvolala horečku po tomto novém měsíčním zlatu, které by pro ty, kdo by ho ovládli, mělo hodnotu miliard dolarů. O více než 30 let později se však dosud nepodařilo nashromáždit ani gram a jsou tací, kteří tvrdí, že k tomu nikdy nedojde, protože -podle nich- helium-3 posloužilo pouze k nafouknutí obrovského balonu nepodložených spekulací.
Jaderná fúze lehkých atomů, jako jsou izotopy vodíku deuterium (2H) a tritium (3H), byla po desetiletí považována za zdroj energie budoucnosti, nevyčerpatelný a mnohem méně znečišťující než štěpení těžkých atomů, například uranu. Technologický vývoj potřebný k tomu, aby se jednalo o praktickou a energeticky účinnou variantu, však stále zaměstnává výzkumníky, a navíc se nejedná o zcela čistou energii: při fúzi deuteria a tritia vznikají neutrony, částice, které způsobují radioaktivní zamoření a které nelze zadržet elektromagnetickým polem, protože postrádají elektrický náboj.
Oproti tomu helium-3 (neradioaktivní izotop plynu, který se používá k nafukování balónů) nabízí pozoruhodné výhody: jeho fúze s deuteriem je účinnější než fúze deuteria s tritiem a neuvolňuje neutrony, ale protony, které lze díky jejich kladnému náboji snadno zadržet. Kromě toho je možné zachytit jeho energii k přímé výrobě elektřiny, aniž by bylo nutné ohřívat vodu pro pohyb turbín, jako je tomu v současných jaderných štěpných elektrárnách.
Hlavní překážky
Problémem je, že helia-3 je na Zemi extrémně málo. Tento izotop pochází převážně ze slunečního větru, ale Země je chráněna štítem své atmosféry a magnetického pole. Naproti tomu Měsíc za miliardy let nashromáždil ve své povrchové vrstvě neuvěřitelné množství tohoto materiálu, i když v tak nízkých koncentracích, že by bylo nutné zpracovat obrovské množství regolitu, abychom jej získali zahřátím na 600 °C. K tomu by se přidala náročnost a náklady na jeho dopravu na Zemi.
I přes velké překážky „mohou existovat určité šance na využití helia-3 jako paliva druhé generace,“ říká fúzní fyzik John Wright z Massachusettského technologického institutu v rozhovoru pro OpenMind. Podle Wrighta však bude ještě zapotřebí rozsáhlých zlepšení v technologii fúze, „než se budeme muset starat o těžbu.“
Hlavní námitku proti fúzi s heliem-3 shrnuje Frank Close, fyzik z Oxfordské univerzity. V roce 2007 Close v časopise Physics World napsal, že „deuterium reaguje s heliem-3 až stokrát pomaleji než s tritiem“, což by vyžadovalo mnohem vyšší teploty tavení než v současných reaktorech. V praxi, zdůraznil Close, by deuterium mělo tendenci slučovat se samo se sebou za vzniku tritia, které by pak opět reagovalo s deuteriem jako při konvenční fúzi a produkovalo neutrony. Závěrem Close označil myšlenku výroby elektřiny z měsíčního helia-3 za měsíční svit.
„Helium-3 nemá pro jadernou fúzi žádný význam,“ zdůraznil Close pro OpenMind; „od mého článku z roku 2007 se na fyzikálních zákonech nic nezměnilo“. Fyzik se sice domnívá, že je možné, abychom se dočkali rozvoje těžby na Měsíci, ale „nemá smysl chodit na Měsíc pro helium-3, pokud je vaším cílem fúze.“
Nové strategie pro fúzi
Proti tomu Closeovy námitky vycházejí z konvenčních fúzních reaktorů, jako je ITER, mezinárodní projekt budovaný ve Francii, který bude vážit třikrát více než Eiffelova věž a dosáhne teploty 150 milionů stupňů Celsia. Konstrukce stejného typu pro heliovou fúzi by vyžadovala vyšší teploty a ještě masivnější rozměry. Proto jsou zapotřebí nové strategie. „Výzvou je řídit množství tritia, které zůstává v plazmatu z těchto vedlejších reakcí, aby se minimalizovala produkce deuterium-tritiových neutronů,“ píše Wright.
A někdo to umožnil, i když stále bez kladné energetické bilance. Gerald Kulcinski, ředitel Ústavu technologie jaderné syntézy na Wisconsinské univerzitě a jeden z autorů oné průkopnické studie z roku 1986, se již desítky let zabývá vývojem jaderné syntézy s héliem-3 . „Je správné, že energie potřebná pro fúzi deuterium-helium-3 je asi dvakrát až třikrát vyšší než pro fúzi deuterium-tritium,“ říká Kulcinski v rozhovoru pro OpenMind.
Malý reaktor vyvinutý vědcem dokáže překonat překážku, minimalizuje produkci neutronů a snižuje jejich energii. Ještě slibnější, dodává Kulcinski, je fúze helium-3-helium-3, složitější, ale zcela bez neutronů. „To by skutečně změnilo pravidla hry, ale nejsem si jistý, zda se toho za svého života dočkám,“ uzavírá. Podle analytika Thomase Simka z australské RMIT University „budou heliové fúzní reaktory pravděpodobně vyvinuty nejdříve v polovině století.“
Ale i po překonání překážek fúzní technologie by tu stále byla ta lunární. Simko však upozorňuje, že prvních průzkumných kroků se pravděpodobně dočkáme již v příštích letech, takže „až bude helium-3 potřeba, bude již známo, kde se nachází a jak ho vytěžit a dopravit.“
První kroky pro těžbu na Měsíci
Zdá se, že tyto první kroky již probíhají. Některé národní kosmické agentury i různé soukromé společnosti se zaměřují na těžbu na Měsíci, k čemuž se přidává zájem nastupujících velmocí: čínská sonda Chang’e 4, usazená na skryté straně Měsíce, by mohla mezi své cíle zařadit i předběžné sledování přítomnosti helia-3, což se říká i o lunární misi Chandrayaan 2, kterou v dubnu vypustí Indie.
Evropská kosmická agentura zase podepsala smlouvu s několika společnostmi s cílem prozkoumat budoucí využití zdrojů měsíčního regolitu k podpoře obydlené kolonie; v tomto případě by se helium-3 mohlo využít k pohonu místního reaktoru, nebo dokonce jako palivo pro kosmické lodě poháněné jadernou fúzí.
Ve skutečnosti mnozí odborníci považují toto využití zdrojů in situ za reálnější možnost. „Nemyslím si, že by se z těžby na Měsíci a jejího přivezení na Zemi dalo vytěžit až tolik,“ říká planetární geolog Paul Byrne z North Carolina State University v rozhovoru pro OpenMind. „Myslím, že je mnohem lepší využít naše peníze, čas a kreativitu k využití měsíčních zdrojů k podpoře lidí žijících na Měsíci a k podpoře budoucího robotického průzkumu a průzkumu s posádkou v jiných částech Sluneční soustavy.“ Zkrátka, ať už se zlatem, nebo bez něj, zdá se, že lunární horečka nejeví žádné známky ústupu.
Javier Yanes
@yanes68