Открытие потенциального источника энергии и нового минерала на Луне

16 декабря 2020 года капсула с образцами лунного грунта, взятыми китайским зондом "Чанъэ-5", приземлилась во Внутренней Монголии. Эти образцы были тщательно изучены учеными. Китайское космическое управление и Управление по атомной энергии Китая только что объявили об открытии совершенно нового минерала, который они назвали Changesite-(Y). Это первый случай, когда Китай обнаружил новый минерал на нашем спутнике.

Благодаря миссии "Чанъэ-5" Китай стал третьей страной (после США и бывшего Советского Союза), доставившей лунные образцы на Землю. С 1976 года не было привезено ни одного лунного материала! Поэтому китайские ученые с большим интересом и тщательностью проанализировали 1700 граммов реголита, собранного в районе Пик Рюмкера. Сегодня они объявили, что обнаружили новый минерал - шестой по счету, найденный на Луне.

По данным информационного агентства Синьхуа, новый минерал представляет собой разновидность прозрачного, бесцветного столбчатого кристалла. Он был обнаружен в результате анализа частиц лунного базальта исследовательской группой из Пекинского научно-исследовательского института геологии урана, дочернего предприятия Китайской национальной ядерной корпорации. Это открытие делает Китай третьей страной в мире, обнаружившей новый минерал на Луне, сказал Дун Баотун, заместитель директора Китайского управления по атомной энергии.

Changesite-(Y), присутствующий в образце в виде одной частицы с радиусом около 10 микрометров, был официально утвержден в качестве нового минерала Комиссией по новым минералам, номенклатуре и классификации Международной минералогической ассоциации.

Но миссия "Чанъэ-5" предоставила еще одну важнейшую часть данных: образцы позволили оценить концентрацию гелия-3, содержащегося в лунной пыли, и определить параметры его извлечения. Гелий-3 является перспективным потенциальным топливом для ядерного синтеза. Обычно "предпочтительная" реакция ядерного синтеза инициируется двумя изотопами водорода - дейтерием и тритием. Тритий имеет один протон и два нейтрона; он распадается на гелий-3, испуская низкоэнергетическое бета-излучение и электронное антинейтрино.

Ядро гелия-3 имеет два протона и один нейтрон (это единственный известный стабильный изотоп элемента, который имеет больше протонов, чем нейтронов). Реакция синтеза между дейтерием и гелием-3 приводит к образованию гелия-4 и протона, теоретически высвобождая 164,3 мегаватт-часа энергии на грамм гелия-3. Преимущество этой реакции заключается в том, что ни гелий-3, ни продукты реакции не являются радиоактивными (в отличие от дейтерий-тритиевой реакции, где образующиеся нейтроны могут сделать радиоактивными материалы реактора).

Причина, по которой эта реакция в настоящее время не предусмотрена экспериментальными термоядерными реакторами, заключается в том, что она требует еще более высоких температур, чем тритиевый реактор (около 600 миллионов градусов!), не говоря уже о том, что гелий-3 чрезвычайно редок и его трудно выделить на Земле (в атмосфере он присутствует в мизерных концентрациях — около 7 частей на триллион). Сегодня гелий-3 получают в основном в результате распада трития, который сам образуется в ядерном реакторе деления. С другой стороны, на Луне его гораздо больше: лунные запасы гелия-3 оцениваются в 1,1 миллиона метрических тонн.

По данным International Policy Digest, это ресурс стоимостью около 1,5 квадриллиона долларов (не считая роста цен, неизбежного при использовании гелия-3 в будущих термоядерных реакторах)! По мнению Оуян Цзыюаня, руководителя китайской программы освоения Луны, эти ресурсы представляют собой "трансформационную возможность термоядерной энергии": "Каждый год три полета космического челнока могут обеспечить достаточное количество топлива для всех людей на планете", — сказал он в середине 2000-х годов.

Самая высокая концентрация гелия-3 в лунном грунте оценивается примерно в 50 частей на миллиард, поэтому для получения одного грамма этого изотопа придется переработать 150 тонн реголита! Следует отметить, что Китай не сообщил о точных концентрациях, обнаруженных в его образцах.

Стоимость добычи ценного изотопа, похоже, не сдерживает амбиции Китая, который твердо намерен занять свое место в этом секторе как можно скорее. Как отмечает International Policy Digest, Китай — единственная страна, имеющая карты месторождений гелия-3 на дальней стороне Луны. "Если бы Китай получил монополию на доступность гелия-3 на Луне, он стал бы ведущей экономической державой на Земле", — резюмирует журнал.

После объявления об открытии Китайское космическое агентство подтвердило проведение следующих трех лунных миссий в рамках программы исследования Чанъэ в течение следующих 10 лет. Миссия "Чанъэ-6", запуск которой запланирован на 2024 год, соберет образцы с дальней стороны Луны; последующие миссии будут исследовать Южный полюс и заложат основу для международной лунной исследовательской станции.