Новая технология может втрое увеличить запасы гелия-3 для квантовых компьютеров

Американский космический стартап Interlune представил новую технологию, способную извлекать гелий-3 чистотой 99% из обычного гелия сорта А. Разработка призвана помочь решить острую проблему нехватки этого редкого изотопа на Земле, а в будущем технология может быть адаптирована для добычи гелия-3 на Луне.

Компания из Сиэтла уже проводит испытания системы под названием Cold Capture, разработанной при поддержке Военно-воздушных сил США. Технология предназначена для интеграции в существующую инфраструктуру заводов по сжижению гелия и позволяет извлекать гелий-3 из уже перерабатываемых потоков газа.

«Каждый литр гелия, производимого в мире, содержит следовые количества гелия-3. Cold Capture подключается к существующей инфраструктуре заводов по сжижению гелия, чтобы извлекать этот гелий-3 и превращать его в ценный продукт», — заявил Роб Майерсон, сооснователь и генеральный директор Interlune.

Гелий-3 является исключительно редким изотопом на Земле. При этом на Луне солнечный ветер на протяжении миллиардов лет накапливал его в лунном грунте, и, по оценкам специалистов, в реголите могут находиться миллионы тонн этого вещества.

Interlune намерена работать сразу с двумя потенциальными источниками гелия-3, однако начинает с земных запасов. Сегодня производство изотопа в основном зависит от стареющих запасов трития — источника, который строго ограничен и расширение которого обходится чрезвычайно дорого.

Недавно обнаруженные месторождения природного газа также не способны решить проблему. Гелий-3 присутствует в земных источниках лишь в следовых количествах, поэтому поиск новых месторождений газа сам по себе не устраняет дефицит.

Главная задача заключается в эффективном отделении гелия-3 от обычного гелия. Именно эту проблему должна решить система Cold Capture, которая интегрируется в крупные перерабатывающие предприятия и извлекает изотоп из объединённых потоков газа.

На первый взгляд отделение гелия-3 от обычного гелия может показаться простой задачей, однако оба изотопа химически практически идентичны. Для их разделения необходимо использовать небольшие физические различия между ними при чрезвычайно низких температурах.

Система Interlune охлаждает газ почти до абсолютного нуля, после чего использует криогенную дистилляцию для разделения изотопов. По словам технического директора компании Гэри Лая, Cold Capture использует тонкие физические различия между двумя изотопами при криогенных температурах и рассчитана на масштабирование.

Потенциальный результат может оказаться значительным. В 2025 году США произвели около 81 миллиарда литров гелия. По оценке Interlune, если установить систему Cold Capture на предприятиях по переработке гелия по всей стране, она сможет производить около 2,5 килограмма гелия-3 в год, что позволит примерно втрое увеличить текущие национальные запасы этого изотопа.

Правительство США и коммерческие компании уже проявляют интерес к технологии. Военно-воздушные силы США заключили с Interlune контракт AFWERX SBIR Direct-to-Phase II, направленный на масштабирование производства.

Однако производство гелия-3 на Земле является для компании лишь первым этапом. В долгосрочной перспективе Interlune планирует перенести ту же технологию на Луну.

Согласно концепции компании, тяжёлая техника будет собирать тысячи тонн лунного реголита, после чего из грунта будут извлекаться содержащиеся в нём летучие вещества. Затем гелий-3 можно будет отделять непосредственно на поверхности Луны с помощью криогенного оборудования.

Демонстрация технологии на Земле должна снизить риски будущих космических миссий. Вместо того чтобы сразу отправлять на Луну непроверенное оборудование, компания сначала намерена испытать систему на существующих земных заводах по сжижению гелия.

На Земле гелий-3 имеет особое значение для квантовых вычислений. Он используется в системах охлаждения сверхпроводящих квантовых компьютеров, которым необходимо работать при температурах, близких к абсолютному нулю.

Увеличение производства гелия-3 с помощью Cold Capture может помочь удовлетворить растущий спрос со стороны коммерческой индустрии квантовых вычислений, а также исследовательских программ Военно-воздушных сил США.

Кроме того, Interlune уже заключила обязательные соглашения о будущих закупках гелия-3 почти на 500 миллионов долларов. Покупателями должны стать крупные компании, работающие в сфере квантовых систем охлаждения, Bluefors и Maybell Quantum.