Cuando vi la pregunta por primera vez, sospeché que el interrogador quería decir He-3, no H2. Aparentemente lo hizo, y lo dijo en un comentario a la respuesta de Franklin Veaux (aunque aún no ha editado la pregunta). Así que teniendo esto en cuenta …
El helio-3 es un átomo con 2 protones y 1 neutrón, a diferencia del helio-4 mucho más común (2 protones, 2 neutrones). El helio-3 se ha promocionado como un combustible potencial para los reactores de fusión y como algo que vale la pena extraer de la Luna. Me siento seguro diciendo que nunca valdrá la pena minar desde la Luna. Aquí es por qué:
He-3 no se busca porque es fácil de fusionar, no lo es. La reacción de fusión más fácil para ponerse en marcha es fusionar deuterio (también conocido como hidrógeno pesado – 1 protón, 1 neutrón) con tritio (1 protón, 2 neutrones). La desventaja de la fusión D + T, así como de la fusión D + D algo más difícil, es que producen neutrones de alta energía, que inducen la transformación nuclear en la estructura del reactor. Ninguna forma de fusión produce “residuos nucleares” como tales, pero el propio reactor eventualmente se vuelve radiactivo y debe eliminarse. Además, estos neutrones transportan una parte significativa de la energía producida, sin una forma fácil de capturarla (pero ver más abajo).
Tenga en cuenta que DT es la forma más fácil de fusión, y nadie ha logrado un punto de equilibrio aún.
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El atractivo de He-3 es que sufre una fusión aneutrónica: la reacción de He-3 + D no produce neutrones, ni lo más difícil de lograr es He-3 + He-3. Desafortunadamente, He-3 no existe naturalmente en la Tierra. Existe en la Luna, depositada en el regolito por el viento solar.
Entonces, deberíamos explotar este combustible nuclear difícil de fusionar, pero gratificante (¡sin desperdicios radioactivos!) De la Luna, ¿verdad? No tan rapido.
Primero, el He-3 existe en la Luna. No es abundante en la Luna. Su concentración en el regolito lunar es de entre 2 y 15 ppb. Eso es partes por billón, no partes por millón. No minamos nada en la Tierra con tan baja concentración. Además, dado que los átomos de He-3 (también los átomos de He-4 mucho más abundantes) están embebidos físicamente en la matriz de la roca, en lugar de estar unidos químicamente, la única forma práctica de extraerlos es fundir la roca y capturar la desgasificación. El regolito lunar es principalmente óxido de silicio y óxido de hierro, materiales con un punto de fusión muy alto. La cantidad de energía necesaria para extraer este He-3 será de alrededor de 1/4 o 1/3 del contenido total de energía de ese He-3. Y por total me refiero a una captura 100% eficiente, que por supuesto nunca sucederá. Dada una salida de energía más realista, apenas puedes alcanzar el punto de equilibrio, en todo caso.
En segundo lugar, la reacción de He-3 + D no es en realidad libre de neutrones. Recuerde, la fusión D + D es más fácil de inducir que He-3 + D. Por lo tanto, cualquier mezcla de He-3 y deuterio hará que se produzca más de la primera reacción que de la última. No obtendrá tantos neutrones como DD o DT puro, pero seguirá obteniendo una cantidad significativa. A menos que vaya a He-3 + He-3 puro, que es mucho más allá del estado actual de la técnica, podríamos especular sobre la extracción de He-3 en la atmósfera de Urano (no lo estoy inventando, esa es una propuesta existente ).
Y esto me lleva al tercer clavo en el ataúd del helio lunar: con un poco de paciencia, podemos hacer He-3 aquí en la Tierra a una fracción del costo de extraerlo de la Luna, o de Urano. El tritio (1 protón, 2 neutrones) es radioactivo. La vida media del tritio es de 13 años, y su producto de descomposición es He-3. El tritio tampoco existe naturalmente en la Tierra, pero se fabrica de forma relativamente barata al irradiar litio con neutrones. Normalmente esto se hace en un reactor de fisión (uranio), pero también es una forma de poner todos estos neutrones de la fusión D + T o D + D para un buen uso. Coloque una manta de litio alrededor del reactor de fusión D + T, capture el tritio resultante, y 10-20 años más tarde tendrá la cantidad de He-3 que desee.
Por cierto, la descomposición del tritio es una de las principales razones por las que las armas de fusión tienen una vida útil limitada. En este momento, las ojivas de fusión son el reservorio más grande de He-3 en la Tierra. Por lo que leí, derretir cada ojiva (un objetivo deseable en sí mismo) produciría alrededor de media tonelada de He-3.