Hay al carencia una motivo por la que merece la pena devolver a la Luna: recoger su abundante helio-3 y usarlo en la fusión nuclear

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Hay al carencia una motivo por la que merece la pena devolver a la Luna: recoger su abundante helio-3 y usarlo en la fusión nuclear

El helio es el 2º elemento químico más ligero y mas abundante del universo, si nos ceñimos a la materia ordinaria. Tan únicamente lo supera en esta clasificación el hidrógeno. Este gas noble acapara entre el 24 y el 26% de la masa total de las estrellas, que, además, se encargan de fabricarlo fusionando en su interior los núcleos de hidrógeno a través de las reacciones de fusión nuclear que llevan a cabo de apariencia natural, y de las que os hablamos con arreglado profundidad en el artículo que dedicamos a la vida de las estrellas.

Aun así, la mas grande aviso del helio del cosmos no lo han fabricado las estrellas: lo produjo el Big Bang, de ahí que los científicos se refieran a él tan «helio primordial». Pero lo mas curioso es que, a abatimiento de lo abundante que es en el universo, en la Tierra escasea. Su gran ligereza provocó que la mas grande aviso del helio que contenía la nube de polvo y gas a abrir de la que se formó nuestro planeta escapase del confinamiento gravitatorio. Pero el auténtico protagonista de este artículo no es el helio sensato del que todos hemos oído hablar; lo es el helio-3, un isótopo que puede jugar un papel crucial en las reacciones de fusión nuclear que probablemente nos ayudarán a resolver para constantemente nuestros inconvenientes energéticos.

Helio-3: el elemento que puede solucionar nuestra reclamacion de energía

La mas grande aviso del helio que podemos descubrir en el cosmos ha adoptado la apariencia de un isótopo popular tan helio-4, que se caracteriza por poseer en su núcleo 2 protones y 2 neutrones. Si no estáis familiarizados con la compromiso «isótopo» no os dejéis intimidar por ella porque, en realidad, describe una idea arreglado sencilla. Y es que los isótopos aire átomos del semejante elemento químico que contienen el semejante número de protones y electrones, inconveniente un número distinto de neutrones. Y, tan es lógico, al poseer una cuantía distinto de partículas en el núcleo, poseen distinta masa. Esto es íntegramente lo que nos interesa conocer de ellos por el momento.

Como hemos visto, la mas grande aviso del helio-4 que contenía la nube de materia a abrir de la que se formó la Tierra se perdió a lo largo de este proceso. Pero, afortunadamente, este gas además puede brotar tan resultado de la desintegración radiactiva natural de elementos químicos mas pesados, tan el uranio, el radio o el torio, que aire relativamente escasos en nuestro planeta. Esto ha provocado que la mas grande aviso del helio-4 que tenemos provenga de los yacimientos de gas natural, junto al que se apila tan resultado de la desintegración de los elementos pesados de los que acabamos de hablar.

Aunque la única desacuerdo existente entre el helio-4 y el helio-3 es que este último isótopo posee un neutrón carencia en su núcleo, es harto para que sus cualidades fisicoquímicas cambien sensiblemente

La única desacuerdo existente entre el helio-4 y el helio-3 se basa en que este último isótopo tiene un neutrón carencia en su núcleo. Eso es todo. Sabemos que los núcleos de helio-4 poseen 2 protones y 2 neutrones, por lo que los de helio-3 tendrán 2 protones y un único neutrón. Puede parecer una desacuerdo irrelevante, inconveniente no lo es. Es una desacuerdo demasiado primordial porque las cualidades fisicoquímicas del elemento varían tan consecuencia de su inferior masa atómica. Y, en el asunto de estos 2 isótopos del helio, además cambia su comportamiento desde el acierto de vista de la mecánica cuántica, pese a que esta aviso es compleja y no es indispensable que la abordemos para seguir desarrollando el tema que verdaderamente nos interesa.

Helio 3 El núcleo de un átomo de helio-3 está constituido por 2 protones y un neutrón, y a su rodeando orbitan 2 electrones.

Lo verdaderamente ameno de íntegramente lo que hemos visto inclusive en este momento es que las peculiares cualidades del helio-3 hacen de él un candidato extraordinario para reemplazar al tritio en las reacciones de fusión nuclear que estamos intentando recrear en la Tierra. Uno de los proyectos mas prometedores que los científicos y los ingenieros poseen entre manos es el reactor ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) que un consorcio internacional está construyendo en Cadarache, una localidad del sur de Francia.

La mala noticia es que si el helio-4 es relativamente limitado en la Tierra, el helio-3 lo es aún demasiado más. Las estrellas, tan nuestro Sol, lo producen en grandes cantidades tan consecuencia de las reacciones de fusión nuclear entre los núcleos de hidrógeno que poseen lugar en el acierto se hallan en la etapa de secuencia principal a lo largo de la que queman la mas grande aviso de su combustible. Una ocasión creado, el viento solar disemina el helio-3 por el aparato solar e inclusive mas allá, lo que provoca que llegue a los planetas circundantes en cantidades relativamente importantes.

El helio-4 es limitado en la Tierra, inconveniente el helio-3 lo es aún demasiado más, lo que nos ha obligado a desviar nuestra atención hacia la Luna

La motivo por la que este gas levemente se apila en la Tierra es que nuestro planeta tiene un doble escudo protector: la atmósfera y el campo magnético terrestre. Estas 2 barreras representan una defensa demasiado eficaz frente al viento solar y la radiación cósmica, que viene a la atmósfera principalmente abajo la apariencia de protones y partículas alfa de adhesión energía. Cuando los rayos cósmicos interaccionan con la atmósfera terrestre colisionan con sus átomos y moléculas (sobre íntegramente con el oxígeno y el nitrógeno), generando una lluvia de partículas mas ligeras que da apariencia a la radiación secundaria, que contiene muones, protones, rayos X, electrones y neutrones, entre otras partículas.

Además de la atmósfera, tan hemos visto, entra en acción el campo magnético terrestre, que actúa desviando benévola aviso de estas partículas hacia los polos, que reciben la mas grande dosis de radiación secundaria. A abatimiento de la acción combinada de la atmósfera y el campo magnético una aviso de esta radiación viene a la superficie terrestre, pero, afortunadamente, los rayos cósmicos van perdiendo intensidad y desintegrándose en partículas carencia energéticas, por lo que las dosis de radiación que recibimos habitualmente no aire peligrosas.

Veritas Los 4 telescopios atmosféricos Cherenkov del observatorio Norteamericano VERITAS poseen el intención de detectar rayos gamma de demasiado adhesión energía procedentes de la radiación cósmica.

La Luna, a desacuerdo de la Tierra, no posee atmósfera, por lo que escasea de este escudo protector. Además, su campo magnético es demasiado mas débil que el de la Tierra y no es dipolar. El terrestre, en cambio, sí puede ser aproximado a un dipolo magnético, por lo que las líneas del campo magnético se dirigen del polo norte hacia el polo sur. Todo esto provoca que la superficie de la Luna esté demasiado mas expuesta a los rayos cósmicos y el viento solar que la superficie de la Tierra, ocasionando que se acumule en ella cantidades demasiado significativas del helio-3 transportado por el viento solar, que queda depositado en las rocas y el polvo lunar, a escasos metros de profundidad.

La Tierra además posee helio-3, inconveniente la mas grande aviso procede de la fase de formación del planeta a través de confinamiento gravitatorio y ha quedado atrapado en el manto, por debajo de la corteza terrestre. Además, los científicos han estimado que es arreglado escaso, lo que dificulta demasiado su localización y extracción. Esto ha provocado que casi íntegramente el helio-3 que se usa industrialmente actualidad en aniversario proceda de la desintegración radiactiva del tritio, un isótopo natural del hidrógeno del que vamos a proclamar con mas profundidad en la posterior sección del artículo.

Este es el papel del helio-3 en la fusión nuclear

Para realizar factible la fusión nuclear en los reactores experimentales que ya hemos construido, o que están en proceso de construcción, los ingenieros y físicos recurren al deuterio y el tritio, 2 isótopos del hidrógeno cuyos núcleos, al ser sometidos a temperaturas cercanas a los doscientos millones de grados Celsius, empiezan a fusionarse. Es indispensable lograr esta temperatura tan monstruosa porque es la apariencia de conferir a los núcleos de deuterio y tritio, que conforman el combustible nuclear, la energía cinética que precisan para que sean capaces de vencer su repulsión natural y puedan fusionarse.

Un núcleo de deuterio posee un protón y un neutrón, y un núcleo de tritio recuento con un protón y 2 neutrones. La repulsión de la que acabamos de proclamar se explica por el realizado de que entreambos núcleos poseen la semejante recarga eléctrica, que es positiva, inconveniente en el acierto les conferimos una energía cinética demasiado adhesión incrementando la temperatura de las partículas lograremos que se acerquen lo harto para que la interacción nuclear fuerte, que es la encargado de sostener las partículas unidas en el núcleo atómico, entre en acción y sea capaz de vencer su repulsión eléctrica inicial. Cuando ocurre este portento posee lugar la fusión de los núcleos de deuterio y tritio.

Los científicos llaman plasma a la nube de partículas que contiene el combustible nuclear a una temperatura tan elevada, y han producido 2 estrategias dispares a la hora de lidiar con esta sustancia que, debido a su temperatura, es tan dificultoso manejar: el confinamiento magnético y el confinamiento inercial. Si queréis conocer en qué consisten os sugiero que echéis un mirada a este distinto artículo en el que abordamos estas 2 técnicas con cierta profundidad. Lo que nos interesa en este momento para seguir adelante es conocer el resultado de la fusión de los núcleos de deuterio y tritio una ocasión que hemos logrado recrear las condiciones necesarias para que tenga lugar.

Fusiond T El resultado de la fusión de un núcleo de tritio y distinto de deuterio es un núcleo de helio-4 y un neutrón de adhesión energía. Durante la reacción además se libera una gran cuantía de energía.

Cuando se produce la fusión obtenemos un núcleo de helio-4, que, tan hemos visto en los primeros párrafos del artículo, posee 2 protones y 2 neutrones, y un neutrón de adhesión energía que queda libre. Al semejante asamblea se produce la liberación de una gran cuantía de energía. El núcleo de helio-4 es estable, y, por tanto, no es radiactivo, inconveniente con el neutrón de adhesión energía tenemos un problema. Y es que tan posee recarga eléctrica neutra (los quarks que lo forman sí poseen recarga eléctrica, inconveniente su adicción es cero), no puede ser confinado por el campo magnético que retiene al plasma y termina chocando con las paredes del contenedor, que estarán recubiertas de litio con el objetivo de generar mas reciente tritio que se reutilizará en la reacción de fusión.

Si reemplazamos el núcleo de tritio usado en la fusión por un núcleo de helio-3 cambiaremos el neutrón de adhesión energía resultante por un protón, que es mas fácil de manejar

Desde el acierto de vista de la gestión de los residuos esta estrategia plantea un problema: los neutrones de adhesión energía pueden chocar con los núcleos de las paredes del contenedor, degradando de este modo el ajuar y volviéndolo radiactivo. Esto implica no únicamente que sea indispensable sustituir el contenedor cada ocasión que se haiga degradado lo harto para que no sea permanente acarrear a cabo la fusión nuclear en su interior, con el gasto que conlleva, destino además gestionar los residuos radiactivos resultantes de la interactividad de los neutrones de adhesión energía con los núcleos de las paredes del contenedor.

Los científicos que están laborando en el propósito IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility-DEMO Oriented NEutron Source) intentan resolver, o, al menos, atenuar este problema. En cualquier caso, plantea un reto demasiado inferior al que hoy en dia nos obliga a enfrentarnos la gestión de los residuos resultantes de la fisión nuclear. Y, por fin, una ocasión que hemos llegado a este acierto entra en acción el auténtico protagonista de este artículo: el helio-3.

Como hemos visto, un núcleo de este isótopo del helio está constituido por 2 protones y un neutrón. Si en el proceso de fusión nuclear reemplazamos el núcleo de tritio, que es radiactivo, por un núcleo de helio-3, que no lo es, y somos capaces de recrear las condiciones necesarias para que el núcleo de helio-3 se fusione con el núcleo de deuterio, que posee un protón y un neutrón, obtendremos un núcleo de helio-4, un protón y se liberará mucha energía.

El resultado de la fusión nuclear entre un núcleo de helio-3 y un núcleo de deuterio es el semejante de la fusión de un núcleo de tritio y un núcleo de deuterio, inconveniente en ocasión de liberarse un neutrón se libera un protón. Y tan esta última partícula posee recarga buena puede quedar confinada en el interior del campo magnético usado para atrapar el plasma ionizado en el interior del contenedor, evitando de esta apariencia que impacte con los núcleos de las paredes y previniendo de este modo su degradación.

Toroide Este es el aspecto del toroide que confina el plasma a altísima temperatura en el interior de los reactores de fusión nuclear por confinamiento magnético.

Además, la utilización de helio-3 tan sustituto del tritio en la fusión nuclear conlleva otra ventaja: si se produjese un accidente por la motivo que sea las condiciones necesarias para que tenga lugar la fusión no perdurarían, la reacción se detendría automáticamente y no se liberaría radiactividad porque acierto el helio-3 tan el deuterio aire isótopos estables del helio y el hidrógeno respectivamente. Y, por esta razón, no aire radiactivos.

Introducir el helio-3 en la fusión conlleva ventajas demasiado importantes, inconveniente además retos que es indispensable solucionar para hacerla posible

Como veis, la introducción del helio-3 en la ecuación de la fusión nuclear es extraordinariamente interesante, inconveniente plantea 2 inconvenientes demasiado importantes que es indispensable resolver. Por un lado, tan hemos visto, este gas es demasiado limitado en la Tierra y su producción industrial a abrir de la desintegración radiactiva del tritio es demasiado cara. Además, la temperatura que pasivo lograr el plasma que contiene los núcleos de helio-3 y deuterio debe ser demasiado superior a la de por sí monstruosa temperatura del plasma que compagina tritio y deuterio. De lo contrario, la fusión no dispondra lugar porque los núcleos no adquirirán la energía cinética necesaria para vencer su repulsión eléctrica natural al facultar que actúe la interactividad nuclear fuerte.

La apuro de manejar temperaturas aún superiores a los doscientos millones de grados Celsius que solicita la fusión con tritio y deuterio refiere un reto colosal, de ahí que lo mas razonable sea ingresar que la elección mas plausible pasa por dominar 1º la fusión tritio-deuterio. Y, una ocasión logrado este objetivo y en el acierto seamos capaces de manejar esas temperaturas tan elevadas con eficacia, podremos deducir en reemplazar el tritio por el helio-3. Eso sí, constantemente y en el acierto anteriormente consigamos hacernos con unas reservas cuantiosas de este último gas. Aquí es adonde entra de mas reciente en la ecuación la Luna.

El helio-3 de la Luna puede ser la solución, inconveniente plantea retos titánicos

Los científicos creen que abajo la superficie del satélite natural de nuestro planeta, a escasos metros de profundidad, se acumulan exiguo mas de un millón de toneladas métricas de helio-3. Este cálculo ha resultado efectuado a abrir de los datos que recogieron las misiones del aplicación Apolo que llevó a cabo Estados Unidos a lo largo de la década de los años 60 y la primera mitad de la década de los 70 del siglo pasado, y matizado por las mesuras que se han llevado a cabo con posterioridad, tan las que tomó el satélite Chandrayaan-1 que la Agencia India de Investigación Espacial colocó en órbita polar en torno a la Luna en 2008.

Puede parecer una cuantía demasiado grande de este gas, y lo es, inconveniente no es falta desorbitado si tenemos presente que la falta de atmósfera y la presencia de un campo magnético demasiado mas débil que el de la Tierra han provocado que el viento solar lleve casi 4.500 millones de años acumulándolo. Los científicos creen que la Luna se formó entre 30 y 50 millones de años posteriormente de la formación del aparato solar, por lo que la datación de los isótopos de las rocas lunares posibilita estimar que su vida es de exiguo mas de 4.500 millones de años (la de la Tierra es aproximadamente de 4.550 millones de años).

Tierraluna Esta representación a escala refleja la desacuerdo de dimensión existente entre la Tierra y la Luna.

El 1º reto que la humanidad dispondra que solucionar para apropiarse del helio-3 apilado en la Luna no es distinto que el procesado del regolito lunar, que es la capa exiguo compacta de suelo y fragmentos de roca que recubre la superficie del satélite. Y es que será indispensable procesar 150 millones de toneladas de polvo lunar para recibir tan únicamente una tonelada de helio-3. Es un reto demasiado importante, pero, al parecer, según los técnicos se trata de un reto asumible porque esta concentración es parecido con los procedimientos de minería terrestre de los que disponemos actualmente.

Una ocasión que hayamos resuelto los inconvenientes derivados de la extracción y el procesado del helio-3 lunar llegará el reto mas complejo: descubrir la apariencia de transportarlo a la Tierra. Algunas películas, tan la estupenda ‘Moon’ dirigida por Duncan Jones, han tomado esta idea tan hilo argumental, inconveniente aún estamos demasiado a distancia de solucionar este titánico reto. Además, anteriormente la fusión nuclear dispondra que lograr la viabilidad comercial, y, tan hemos visto, tendremos que solucionar el inconveniente derivado de la temperatura que solicita la fusión de los núcleos de helio-3 y deuterio. Aun así, cuantiosos países, tan Estados Unidos, China, Rusia, India, Japón o la Unión Europea, están interesados en el helio-3 lunar, lo que nos anima a ser razonablemente optimistas. Y además pacientes.

Imágenes | NASA | ZYjacklin | VERITAS | Sorruno | TDC

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La noticia Hay al carencia una motivo por la que merece la pena devolver a la Luna: recoger su abundante helio-3 y usarlo en la fusión nuclear fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .

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