Хелият е вторият най-лек и най-разпространен химичен елемент във Вселената, изпреварван единствено от водорода. Този благороден газ съставлява 24 - 26% от общата маса на звездите, които го произвеждат чрез сливане на водородни ядра при естествени реакции на ядрен синтез.

Звездите обаче не са основният източник на хелий във Вселената. Големият взрив е създал по-голямата част от него, което е накарало учените да го нарекат „първичен хелий“. Въпреки изобилието си в Космоса хелият е рядък на Земята, тъй като изключителната му лекота му е позволила да избегне гравитационното привличане на планетата по време на нейното формиране.

Този материал се фокусира не върху обикновения хелий, който повечето хора познават, а върху хелий-3. Този изотоп би могъл да играе решаваща роля в реакциите на ядрен синтез, което потенциално може да реши енергийните предизвикателства пред човечеството. Той има приложение и в нововъзникващите технологии, включително в системите за охлаждане на разреждане, използвани в свръхпроводящите квантови компютри.

По-голямата част от хелия във Вселената съществува като хелий-4 - изотоп с два протона и два неутрона в ядрото. Въпреки че голяма част от него е избягала по време на формирането на Земята, той все още може да се получи чрез естествения радиоактивен разпад на по-тежки елементи като урана, които сами по себе си са сравнително малко.

Хелий-3 се различава от хелий-4 само по един неутрон. Ядрата на хелий-3 се състоят от два протона и един неутрон, докато ядрата на хелий-4 съдържат два протона и два неутрона. Макар че това може да изглежда като незначителна разлика, тя значително променя физикохимичните свойства на елемента и неговото квантово механично поведение.

Ако хелий-4 е рядкост на Земята, то хелий-3 е още по-рядък. Звездите, включително Слънцето, генерират големи количества хелий-3 чрез реакции на ядрен синтез. Слънчевият вятър разпространява хелий-3 в Слънчевата система и извън нея, достигайки до околните планети в относително големи количества.

Този газ рядко се натрупва на Земята поради двойния щит на планетата: атмосферата и магнитното поле. Тези бариери ефективно блокират достигането на слънчевия вятър и космическите лъчи, съставени предимно от протони и високоенергийни алфа-частици, до повърхността. На Луната липсва атмосфера и тя има много по-слабо, недиполярно магнитно поле, което я прави незащитена от тези космически сили.

За разлика от това магнитното поле на Земята може да се представи като дипол с магнитни полеви линии, простиращи се от Северния до Южния полюс. Този ефект на екраниране оставя повърхността на Луната много по-изложена на космическите лъчи и слънчевия вятър, отколкото земната, което позволява на значителни количества хелий-3, носени от слънчевия вятър, да се натрупват и утаяват в лунните скали и прах само на няколко метра под повърхността.

За да извлече хелий-3 от Луната, човечеството трябва първо да обработи лунния реголит - хлабав слой от почва и скални фрагменти, който покрива повърхността. Основаната през 2020 г. в Сиатъл компания Interlune има за цел да се справи с това предизвикателство, като използва компактни роботизирани комбайни, проектирани за ефективност.

Процесът обаче е труден. Лунният прах е силно абразивен и са необходими около един милион тона реголит, за да се произведат само два килограма хелий-3. Въпреки тези предизвикателства Interlune планира да тества технологията си за извличане по време на лунна мисия през 2027 г. и да създаде пилотен завод на Луната до 2029 г. Въпреки че тези планове са амбициозни, предложеният график изглежда оптимистичен. Освен това разходите за транспортиране на хелий-3 от Луната до Земята остават неясни, но несъмнено ще бъдат високи.

Снимка: Unsplash/NASA

Виж още: Liberux NEXX е Linux смартфон, който иска да защити данните ви от любопитни очи