หมายเหตุบรรณาธิการ: ทุกวันพุธ Livescience ตรวจสอบความมีชีวิตของเทคโนโลยีพลังงานที่เกิดขึ้นใหม่ - พลังแห่งอนาคต
ดวงจันทร์เป็นจุดหมายปลายทางที่ได้รับความนิยมอีกครั้งเนื่องจากประเทศที่มีพื้นที่หลายแห่งกำลังพูดถึงการตั้งค่าฐานที่นั่น เหตุผลหนึ่งคือการขุดเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นในอนาคต
เชื้อเพลิงในกรณีนี้คือฮีเลียม -3ไอโซโทปที่เบากว่าของฮีเลียมที่ใช้ในลูกโป่ง ในการชนกันของพลังงานสูงฮีเลียม -3 ฟิวส์กับนิวเคลียสอื่น ๆ เพื่อปลดปล่อยพลังงานมากขึ้นและเสียน้อยกว่าปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบดั้งเดิม-
“ ถ้าเราสามารถแสดงให้เห็นว่าเราสามารถเผาฮีเลียม -3 ได้มันเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาดและปลอดภัยกว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อื่น ๆ ” Gerald Kulcinski ผู้อำนวยการสถาบันเทคโนโลยีฟิวชั่นที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซินที่เมดิสันกล่าว
สิ่งนี้เพียง 40 ตันมีพลังงานที่มีศักยภาพเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการไฟฟ้าทั้งหมดของสหรัฐฯเป็นเวลาหนึ่งปี อย่างไรก็ตามแทบจะไม่มีฮีเลียม 3 บนโลก อุปทานที่ใกล้ที่สุดอยู่บนดวงจันทร์
หน่วยงานอวกาศหลายแห่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในจีนรัสเซียและอินเดียได้กล่าวถึงฮีเลียม -3 ว่าเป็นผลตอบแทนที่อาจเกิดขึ้นสำหรับโครงการจันทรคติของพวกเขา
“ ฉันไม่คิดว่าแรงจูงใจหลักที่จะกลับไปที่ดวงจันทร์คือฮีเลียม -3” Kulcinski กล่าว "แต่ในระยะยาวเราประสบปัญหาพลังงาน"
สารละลายฟิวชั่น
พลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบันทั้งหมดขึ้นอยู่กับฟิชชันซึ่งนิวเคลียสขนาดใหญ่ (เช่นยูเรเนียม) แบ่งออกเป็นนิวเคลียสขนาดเล็ก
ทางเลือกคือฟิวชั่นซึ่งนิวเคลียสขนาดเล็กสองตัวมารวมกันเพื่อสร้างนิวเคลียสที่ใหญ่กว่าและปล่อยพลังงานจำนวนมาก
เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นเชิงพาณิชย์ไม่เคยถูกสร้างขึ้นมา แต่ต้นแบบที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์ทดลองนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ (ITER) เพิ่งเริ่มก่อสร้างในคาดาคาเช่ประเทศฝรั่งเศส แผนคือการสร้างพลาสม่าที่จำเป็น 100 ล้านองศาภายในปี 2559 แต่โรงไฟฟ้าที่สามารถจัดหาไฟฟ้าอาจไม่ออนไลน์อีก 20 ปีหลังจากนั้น
ปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นใน ITER คือการหลอมรวมของไอโซโทปไฮโดรเจนสองชนิดคือดิวเทอเรียมและไอโซโทป ข้อกังวลอย่างหนึ่งคือไอโซโทปเป็นกัมมันตภาพรังสีและเป็นส่วนประกอบของอาวุธนิวเคลียร์ดังนั้นจึงต้องระมัดระวังในการจัดการกับมัน
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือนิวตรอนที่มีพลังสูงที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาดิวเทอเรียม-ทริเทียม นิวตรอนเหล่านี้กระแทกเข้ากับผนังเครื่องปฏิกรณ์และก่อให้เกิดความเสียหายต่อโครงสร้าง คาดว่าผนังใน ITER จะต้องถูกแทนที่ทุก ๆ สองถึงสองปี Kulcinski กล่าว
นี่คือเหตุผลที่ Kulcinski และคนอื่น ๆ สนับสนุนการซื้อขายไอโซโทปด้วยฮีเลียม -3 ที่ไม่ออกฤทธิ์
“ ข้อได้เปรียบคือมันทำให้นิวตรอนน้อยมาก” Rich Nebel จาก EMC2 Fusion กล่าวซึ่งเป็น บริษัท ที่ตั้งอยู่ในซานตาเฟนิวเม็กซิโกกล่าวซึ่งจะช่วยลดปัญหาการแผ่รังสีและทำให้วิศวกรรมง่ายขึ้นอย่างมาก "
นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของฮีเลียม -3 ฟิวชั่นจะถูกเรียกเก็บเงินดังนั้นพลังงานของพวกเขาสามารถแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรงโดยไม่ต้องผ่านขั้นตอนที่ไม่มีประสิทธิภาพของน้ำเดือดเพื่อทำไอน้ำ
แหล่งฮีเลียม
แม้จะมีความน่าดึงดูดใจที่ชัดเจน แต่ฮีเลียม -3 ก็มักถูกทอดทิ้งโดยนักวิจัยฟิวชั่น เหตุผลหนึ่งคือโลกมีน้อยมาก ส่วนเล็ก ๆ ของฮีเลียม -3 ถูกรวบรวมเป็นผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ภายในอาวุธนิวเคลียร์และขายในราคาประมาณ 1,000 ดอลลาร์ต่อกรัม Kulcinski กล่าว
การจัดหาฮีเลียม -3 อย่างต่อเนื่องสามารถพบได้ในลมสุริยะ แต่สนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ของเราเบี่ยงเบนอนุภาคเหล่านี้ออกไป สิ่งเดียวกันไม่เป็นความจริงบนดวงจันทร์ ดวงจันทร์ได้รวบรวมฮีเลียม -3 1 ล้านถึง 5 ล้านตันจากลมสุริยะซึ่งมีประวัติศาสตร์มากกว่า 4.5 พันล้านปี Kulcinski กล่าว
หลักฐานสำหรับสิ่งนี้พบได้ในหินจันทรคติ (นำโดยนักบินอวกาศอพอลโลและโรเวอร์รัสเซีย) ในระดับ 10 ถึง 20 ส่วนต่อพันล้าน
“ ฮีเลียม -3 มีอยู่บนดวงจันทร์ แต่ในระดับความเข้มข้นที่น้อยมากซึ่งหมายความว่าดินหลายร้อยล้านตันต้องได้รับการประมวลผลเพื่อสกัดฮีเลียม -3 จำนวนมาก” พอล Spudis จากสถาบันจันทรคติและดาวเคราะห์กล่าวนาซ่า-สถาบันวิจัยที่ได้รับเงินทุน
การสกัดนี้ต้องการอนุภาคฝุ่นจันทรคติที่ให้ความร้อนถึงประมาณ 1,300 องศาฟาเรนไฮต์ (700 องศาเซลเซียส) Spudis กล่าว
Kulcinski และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ออกแบบโรเวอร์ที่สามารถเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวได้ขูดดินจันทรคติและให้ความร้อนด้วยแสงแดดเข้มข้น
การทำเหมืองดังกล่าวจะดึงพลังงานมากกว่าที่ใช้ 300 เท่า (รวมถึงพลังงานทั้งหมดที่บินไปยังดวงจันทร์และด้านหลัง) ประมาณการ Kulcinski ในการเปรียบเทียบการขุดถ่านหินกลับมา 15-20 เท่าของพลังงานที่ใส่เข้ามาทีมของเขาคาดว่าจะมีราคาประมาณ 800 ล้านดอลลาร์เพื่อนำฮีเลียมจันทรคติ 3 ตันกลับมา
นี่อาจฟังดูมาก แต่ถ้าคุณสามารถขายพลังงานฟิวชั่นในราคาที่เทียบเท่ากับน้ำมันเบนซินจากน้ำมันที่ $ 100 ต่อบาร์เรลฮีเลียม -3 จะมีมูลค่า 10 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อตัน
“ ความท้าทายที่แท้จริงของเราไม่ได้รับฮีเลียม -3 มันแสดงให้เห็นว่าเราสามารถเผามันได้” Kulcinski กล่าว
ยากที่จะเผาไหม้
การเผาไหม้ฮีเลียม -3 ต้องใช้พลังงานเริ่มต้นสูงกว่าการเผาไหม้ไอโซโทปไฮโดรเจน นี่คือเหตุผลที่ ITER ไม่ได้พิจารณา Helium-3 เป็นเชื้อเพลิงที่เป็นไปได้ในเวลานี้
อย่างไรก็ตามกลุ่มของ Kulcinski ทำงานในวิธีการที่แตกต่าง - เรียกว่าการกักขังไฟฟ้าสถิตเฉื่อย (IEC) - เพื่อบรรลุปฏิกิริยาฟิวชั่น แทนที่จะใช้สนามแม่เหล็กเพื่อ จำกัด พลาสมาที่ร้อนแรงอย่างที่ ITER วางแผนที่จะทำ IEC ทำงานโดยการเร่งนิวเคลียสเข้าหากันด้วยสนามไฟฟ้า
Kulcinski และผู้ทำงานร่วมกันของเขาได้จัดการเพื่อรักษาฟิวชั่นนิวเคลียร์ในระบบต้นแบบขนาดเล็กของพวกเขา บริษัท EMC2 Fusion ยังทำงานเกี่ยวกับการออกแบบที่คล้ายกัน
อย่างไรก็ตามการสาธิต IEC เหล่านี้อย่างน้อยตอนนี้ต้องใช้พลังงานอินพุตมากกว่าที่พวกเขาสามารถส่งมอบได้ นักวิจัยส่วนใหญ่ยอมรับว่าฮีเลียม -3 ไม่น่าจะเป็นเชื้อเพลิงแรกที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น
“ เราไม่ควรพูดไม่เคย-มันอาจจะผ่านไปที่ฮีเลียม -3 อาจกลายเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญในศตวรรษที่จะมาถึง” Spudis กล่าว "เวลานั้นยังไม่มาถึงและฉันสงสัยว่ามันยังคงหยุดอยู่บ้าง"
