La búsqueda de helio-3: ¿por qué es tan importante y cómo podemos encontrarlo?
Uno de los intereses que las agencias espaciales tienen en la Luna es por la región rica en helio-3. Pero, ¿a qué se debe? Descúbrelo aquí.
El helio-3 es un isótopo del helio que se considera raro. Está compuesto por dos protones y un solo neutrón. El helio ordinario, llamado helio-4, es extremadamente abundante en la Tierra y contiene dos neutrones y dos protones. Aunque el helio-4 se encuentra en abundancia, el helio-3 se encuentra en pequeñas cantidades bajo tierra, en reactores nucleares o se produce como subproducto de la desintegración del tritio.
Sin embargo, el helio-3 atrae más atención que el helio-4 por razones científicas y tecnológicas. La principal es su aplicación como combustible en reacciones de fusión nuclear.
Por esta razón, los científicos y las empresas están buscando fuentes de helio-3 que podrían suponer un gran avance para lograr una fusión nuclear eficiente. Aunque el helio-3 es escaso en la Tierra, la superficie de la Luna, especialmente en las regiones expuestas al viento solar durante miles de millones de años, es rica en helio-3. Se estima que hay toneladas de helio-3 disponibles en la Luna y su búsqueda y extracción se han convertido en un objetivo estratégico para las agencias espaciales y empresas privadas.
Isótopos
Los isótopos son variantes de un mismo elemento químico que tienen el mismo número de protones, es decir, el mismo número atómico, pero se diferencian en el número de neutrones. En resumen, todos los isótopos del mismo elemento comparten las mismas propiedades pero pueden tener diferentes masas atómicas. La diferencia también radica en algunas reacciones químicas que pueden tener más o menos subproductos.
La diferencia en el número de neutrones también puede influir en las propiedades físicas y la estabilidad nuclear de cada isótopo. Algunos isótopos son estables, como el carbono-12 y el oxígeno-16, mientras que otros son inestables y sufren desintegración radiactiva, como el carbono-14. Los isótopos inestables también son importantes y tienen usos prácticos, como la datación de fósiles, la medicina nuclear y la generación de energía en reactores.
Helio-3
El helio-3 es un isótopo ligero y estable del elemento helio, compuesto de dos protones y un solo neutrón. Debido a esta composición, el helio-3 tiene una estabilidad natural, ya que el número impar de neutrones no provoca una inestabilidad significativa en el núcleo. A diferencia del helio-4, que tiene dos neutrones, el helio-3 no tiene tendencia a la desintegración radiactiva.
Una de las propiedades físicas del helio-3 es su comportamiento en entornos con temperaturas muy bajas. El helio-3 se licúa a aproximadamente 3,2 K y no se solidifica bajo presión atmosférica, incluso en cero absoluto. El isótopo sólo puede solidificarse a presiones muy altas y temperaturas extremadamente bajas. También se sabe que exhibe propiedades cuánticas como superfluidez a temperaturas extremadamente bajas.
Fusión nuclear
Estas características físicas del helio-3 lo convierten en un isótopo importante en la investigación científica, especialmente en dinámica de fluidos. A pesar de ello, es conocido por su importancia en la fusión nuclear. A diferencia de las reacciones de fusión comunes, que liberan grandes cantidades de neutrones, la fusión entre deuterio y helio-3 produce protones en lugar de neutrones. Este tipo de fusión se llama "aneutrónica" porque emite energía casi exclusivamente en forma de partículas cargadas.
Esto es importante porque permite la conversión de estas partículas cargadas en electricidad con menos blindaje y riesgo de radiactividad. Esto hace que el helio-3 sea importante para una futura generación de reactores de fusión más limpios y eficientes. La energía liberada por las reacciones con helio-3 puede ser controlada y capturada más fácilmente por dispositivos electromagnéticos, sin el daño estructural causado por los neutrones. Además, la ausencia de radiación secundaria facilita el diseño de centrales eléctricas.
¿Por qué es escaso en la Tierra?
El helio-3 es extremadamente escaso en la Tierra porque la mayor parte de este isótopo se perdió durante la formación del planeta. Como es un gas ligero y no radiactivo, tiende a escapar de la gravedad de la Tierra y dispersarse en el espacio. Tampoco se produce en grandes cantidades mediante procesos terrestres naturales, y la pequeña cantidad que existe generalmente queda atrapada en depósitos de gas natural, lo que hace que su extracción sea difícil y costosa.
En nuestra vecina, la Luna, la situación es diferente. El helio-3 es abundante y está incorporado a la capa de suelo suelto que cubre la superficie debido al bombardeo constante del viento solar durante miles de millones de años. Como la Luna no tiene atmósfera ni campo magnético significativo, las partículas solares, incluidos los iones de helio-3, golpean la superficie directamente y quedan retenidas en las capas superficiales del suelo.