Китай обнаружил новый минерал и возможный источник энергии на Луне

Китайская роботизированная лунная миссия Chang’E-5 обнаружила на поверхности Луны не только воду. Ученые подтвердили открытие нового минерала, прозрачного кристалла Changesite-(Y), а также многообещающего потенциального термоядерного топлива.

В совместном заявлении Национального космического управления Китая и Управления по атомной энергии Китая на прошлой неделе Китай отметил свой первый новый минерал, обнаруженный на Луне, и шестой в истории человечества.

По сообщению китайского информационного агентства Синьхуа, «Чангезит-(Y) представляет собой разновидность бесцветного прозрачного столбчатого кристалла. Он был обнаружен в результате анализа частиц лунного базальта группой исследователей из Пекинского научно-исследовательского института геологии.

Проанализированный образец — и подтвержденный Международной минералогической ассоциацией как новый минерал — был обнаружен среди всего 1731 г лунных образцов, доставленных миссией Chang’E 5 в 2020 году — это первые лунные камни, доставленные на Землю с 1976 года. Это монокристаллическая частица радиусом около 10 микрон.

Эта находка также дала первые цифры концентрации гелия-3 в лунной пыли, и исследователям удалось вывести «параметры извлечения», необходимые для сбора этого 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 радиоактивные, как это будет с дейтерий-тритиевым реактором.

Есть и недостатки: термоядерный реактор с гелием-3 должен будет работать при гораздо более высоких температурах, чем, например, 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 части на триллион. Он также присутствует в первичных газах в мантии Земли, но обычно недоступен.

Но это, безусловно, имеет большое значение, поскольку в США начали использовать его в детекторах нейтронов, сканирующих ядерные материалы на пограничных переходах, что значительно увеличило спрос и соответственно повысило цену. В последнее время цена достигла отметки в 17 540 долларов за грамм, и ожидается, что спрос будет продолжать расти, поэтому многие аналитики считают, что добыча на Луне очень перспективна.

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, а также возможность, которую Оуян Цзыюань, глава Китайской программы исследования Луны, резюмировал как трансформационную возможность термоядерной энергии: «Каждый год три космические миссии могут принести достаточно топлива для всех людей во всем мире».

Конечно, затраты на строительство шахты на Луне астрономические. Добыча гелия-3 тоже не будет простой 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, вероятно, потребуется переработать 150 тонн реголита, чтобы собрать один грамм этого ценного изотопа. А затем нужно будет вернуть его на Землю — это само по себе не простое и недешевое предприятие.

Более того, несмотря на то, что в последнее время в области термоядерного синтеза наблюдается большой прогресс, далеко не гарантировано, что он будет запущен в качестве источника энергии в ближайшее время.

И если исследователям термоядерного синтеза удастся создать и поддерживать «гораздо более высокие» температуры ~ 600 миллионов градусов, необходимые для синтеза гелия-3, что ж, возможно, они достигнут температур в миллиард 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 – и которое, по словам термоядерной компании TAE, по ее ожиданиям, будет запущено в промышленную эксплуатацию к началу-середине 2030-х годов.

Тем не менее, добыча лунного гелия, безусловно, является идеей, которую Китай планирует изучить.

«Анализ состава лунного грунта и образцов лунных пород и изучение ядерной науки для оценки потенциальных 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.

Миссии Chang’E 6, 7 и 8, которые, как ожидается, начнут запускать уже в 2024 году, будут исследовать южный полюс Луны и начнут строительство базовой структуры для Международной лунной исследовательской станции.