Vuonna 1986 Wisconsinin yliopiston fuusioteknologiainstituutin tiedemiehet arvioivat, että Kuun ”maaperä”, jota kutsutaan regoliitiksi, sisältää miljoona tonnia helium-3:a (3He), materiaalia, jota voitaisiin käyttää polttoaineena energian tuottamiseen ydinfuusiolla. Tutkimuksen mukaan sen louhiminen olisi kannattava yritys: helium-3:n tuottama energia olisi 250 kertaa suurempi kuin se, joka tarvittaisiin tämän resurssin louhimiseen Kuusta ja kuljettamiseen Maahan, jossa Kuun helium-3-varannot voisivat tyydyttää ihmisen tarpeet vuosisatojen ajan.
Tutkijoiden analyysi, joka perustui Apollo-lentomatkoilla kerättyihin näytteisiin, laukaisi kuumeen tästä uudesta Kuun kullasta, joka olisi miljardien dollareiden arvoinen niille, jotka hallitsisivat sitä. Yli 30 vuotta myöhemmin ei kuitenkaan ole vielä kerätty yhtään grammaa, ja jotkut sanovat, että sitä ei tule koskaan tapahtumaan, koska heidän mukaansa helium-3 on vain puhaltanut ilmapallon täyteen perusteettomia spekulaatioita.
Kevyiden atomien, kuten vetyisotooppien deuteriumin (2H) ja tritiumin (3H), ydinfuusiota on vuosikymmenien ajan pidetty tulevaisuuden energialähteenä, joka on ehtymätön ja paljon vähemmän saastuttava kuin raskaiden atomien, kuten uraanin, fissio. Teknologinen kehitys, jota tarvitaan, jotta siitä tulisi käytännöllinen ja energiatehokas vaihtoehto, työllistää kuitenkin edelleen tutkijoita, eikä se ole täysin puhdasta energiaa: deuteriumin ja tritiumin fuusio synnyttää neutroneja, hiukkasia, jotka aiheuttavat radioaktiivista saastumista ja joita ei voida hillitä sähkömagneettisilla kentillä, koska niillä ei ole sähkövarausta.
Helium-3 (ilmapallojen täyttämiseen käytetyn kaasun ei-radioaktiivinen isotooppi) tarjoaa sen sijaan huomattavia etuja: sen fuusio deuteriumin kanssa on tehokkaampaa kuin deuterium-tritiumin fuusio, eikä se vapauta neutroneja vaan protoneja, jotka voidaan helposti hillitä positiivisen varauksensa ansiosta. Lisäksi sen energia on mahdollista ottaa talteen suoraan sähköntuotantoon ilman, että tarvitaan veden lämmitysprosessia turbiinien liikuttamiseksi, kuten nykyisissä ydinfissiovoimaloissa.
Suurimmat esteet
Ongelmana on se, että helium-3:sta on maapallolla äärimmäisen vähän. Tämä isotooppi tulee enimmäkseen aurinkotuulesta, mutta Maa on suojassa ilmakehänsä ja magneettikenttänsä suojassa. Sitä vastoin Kuu on miljardien vuosien ajan kerännyt uskomattoman määrän tätä ainetta pintakerrokseensa, joskin niin alhaisina pitoisuuksina, että sen keräämiseksi olisi käsiteltävä valtavia määriä regoliittia kuumentamalla sitä 600 °C:ssa. Tähän lisättäisiin vielä sen kuljettamisen vaikeus ja kustannukset Maahan.
Suurista esteistä huolimatta ”voi olla joitakin mahdollisuuksia käyttää helium-3:a toisen sukupolven polttoaineena”, sanoo fuusiofyysikko John Wright Massachusetts Institute of Technologysta OpenMindille. Wrightin mielestä tarvitaan kuitenkin vielä valtavia parannuksia fuusioteknologiassa, ”ennen kuin meidän tarvitsee huolehtia kaivostoiminnasta.”
Helium-3:lla tapahtuvaa fuusiota vastaan esitetyn päävastalauseen kiteyttää Frank Close, fyysikko Oxfordin yliopistosta. Vuonna 2007 Close kirjoitti Physics World -lehdessä, että ”deuterium reagoi jopa 100 kertaa hitaammin helium-3:n kanssa kuin tritiumin kanssa”, mikä edellyttäisi paljon korkeampia sulamislämpötiloja kuin nykyisissä reaktoreissa. Close huomautti, että käytännössä deuteriumilla olisi taipumus fuusioitua itsensä kanssa tritiumiksi, joka sitten reagoisi uudelleen deuteriumin kanssa kuten tavanomaisessa fuusiossa, jolloin syntyisi neutroneja. Yhteenvetona Close leimasi ajatuksen sähköntuotannosta kuun helium-3:sta kuutamoksi.
”Helium-3:lla ei ole mitään merkitystä fuusion kannalta”, Close painottaa OpenMindille; ”mikään ei ole muuttunut fysiikan laeissa sitten vuoden 2007 artikkelini.” Vaikka fyysikko uskoo, että on mahdollista, että näemme kuun kaivostoiminnan kehittyvän, ”ei ole mitään järkeä lähteä Kuuhun hakemaan helium-3:a, jos tavoitteena on tehdä fuusiota.”
Uudet fuusiostrategiat
Closen vastalauseet perustuvat kuitenkin tavanomaisiin fuusioreaktoreihin, kuten Ranskassa rakenteilla olevaan kansainväliseen ITER-hankkeeseen, joka painaa kolme kertaa Eiffel-tornin painon verran ja jonka avulla saavutetaan 150 miljoonan asteen lämpötila. Samantyyppinen heliumfuusion suunnittelu edellyttäisi korkeampia lämpötiloja ja vielä massiivisempia kokoja. Siksi tarvitaan uusia strategioita. ”Haasteena on hallita noista sivureaktioista plasmaan jäävän tritiumin määrää, jotta deuterium-tritium-neutronituotanto saadaan minimoitua”, Wright kirjoittaa.
Ja joku on tehnyt sen mahdolliseksi, tosin vielä ilman positiivista energiatasetta. Gerald Kulcinski, Wisconsinin yliopiston fuusioteknologiainstituutin johtaja ja yksi tuon uraauurtavan tutkimuksen kirjoittajista vuonna 1986, on kehittänyt fuusiota helium-3:lla vuosikymmeniä. ”On oikein, että deuterium-helium-3-fuusioon tarvittava energia on noin kaksi-kolme kertaa suurempi kuin deuterium-tritium-fuusioon”, Kulcinski kertoo OpenMindille.
Tutkijan kehittämä pieni reaktori onnistuu voittamaan esteen minimoimalla neutronien tuotannon ja vähentämällä niiden energiaa. Vielä lupaavampi, lisää Kulcinski, on helium-3-helium-3-fuusio, joka on monimutkaisempi mutta täysin neutronivapaa. ”Se olisi todella käänteentekevä, mutta en ole varma, näenkö sitä vielä elinaikanani”, hän toteaa lopuksi. Australialaisen RMIT-yliopiston analyytikko Thomas Simko arvioi, että ”heliumfuusioreaktoreita ei todennäköisesti kehitetä aikaisintaan vuosisadan puolivälissä.”
Mutta vaikka fuusioteknologian kompastuskivistä päästäisiinkin yli, olisi vielä jäljellä se, että kuun louhinta. Simko kuitenkin huomauttaa, että ensimmäiset tutkimusaskeleet nähdään todennäköisesti jo lähivuosina, jotta ”kun helium-3:a tarvitaan, tiedetään jo, missä sitä on ja miten sitä voidaan louhia ja toimittaa.”
Ensimmäiset askeleet kuun louhintaan
Näyttää tosiaan siltä, että nämä ensimmäiset askeleet ovat jo meneillään. Joillakin kansallisilla avaruusjärjestöillä sekä useilla yksityisillä yrityksillä on tähtäimessään kuukaivostoiminta, mihin lisätään nousevien suurvaltojen kiinnostus: Kuun kätketylle puolelle asettuva kiinalainen Chang’e 4 -luotain saattaa sisällyttää kohteisiinsa helium-3:n esiintymisen alustavan jäljittämisen, mitä on sanottu myös Intian huhtikuussa laukaisemasta kuututkimuslentueesta Chandrayaan 2:sta.
Euroopan avaruusjärjestö on puolestaan allekirjoittanut sopimuksen useiden yritysten kanssa tutkiakseen Kuun regoliitin resurssien tulevaa hyödyntämistä asutun siirtokunnan tukemiseksi; tässä tapauksessa helium-3:a voitaisiin käyttää paikallisen reaktorin voimanlähteenä tai jopa polttoaineena ydinfuusiolla toimiville avaruusaluksille.
Monet asiantuntijat pitävätkin tätä resurssien paikan päällä tapahtuvaa käyttöä realistisempana vaihtoehtona. ”En usko, että Kuun louhimisesta ja sen tuomisesta takaisin Maahan on kovinkaan paljon hyötyä”, planeettageologi Paul Byrne Pohjois-Carolinan valtionyliopistosta sanoo OpenMindille. ”Mielestäni on paljon parempi tapa käyttää rahamme, aikamme ja luovuutemme siihen, että käytämme kuun resursseja tukemaan kuussa asuvia ihmisiä ja tukemaan tulevia robottimaisia ja miehitettyjä tutkimusmatkoja muihin aurinkokunnan osiin.” Lyhyesti sanottuna, kullan kanssa tai ilman sitä, näyttää siltä, että kuun kuume ei näytä laantumisen merkkejä.
Javier Yanes
@yanes68