Khám phá Mặt trăng và khai thác tài nguyên của hành tinh là mục tiêu của nhiều quốc gia, trong đó có Trung Quốc.
Theo Cơ quan Quản lý Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA), ngày 1/12/2020, tàu vũ trụ Chang’e 5 đã hạ cánh thành công lên Mặt trăng.
Vào ngày 17 tháng 12 năm 2020, tàu vũ trụ Chang’e 5 của Trung Quốc quay trở lại Trái đất và mang theo 1.731 gam đất và đá quý mà nó thu thập được từ bề mặt Mặt trăng.
Mô phỏng trạm hạ cánh của tàu vũ trụ Chang’e 5 hoạt động trên bề mặt mặt trăng. Ảnh: CGTN
Mặc dù đây có vẻ không phải là một con số lớn, nhưng so với nghiên cứu được thực hiện trên 0,5 gam đất mặt trăng, phát hiện này thực sự có ý nghĩa.
Theo đó, sau hơn 1 năm nghiên cứu, phân tích, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã thu hoạch được rất nhiều. Các chuyên gia đã tìm thấy một chất quý hiếm trong đất mặt trăng. Đặc biệt, năng lượng do 100 tấn nhiên liệu này tạo ra có thể đủ cung cấp cho toàn thế giới trong 1 năm.
Vậy, nhiên liệu quý hiếm này là gì và công dụng cụ thể của nó là gì?
Theo một nhóm các nhà nghiên cứu từ Học viện Khoa học Trung Quốc, một số hạt đất mặt trăng được bao phủ bởi các tinh thể giống như thủy tinh và chứa khí helium-3.
Helium-3 là một nguyên tố rất khan hiếm trên Trái đất, với trữ lượng ước tính chỉ 0,5 tấn. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu phân tích rằng có thể có ít nhất 1 triệu tấn helium-3 trên Mặt trăng.
Theo các chuyên gia, mỗi tấn Helium-3 trị giá hơn 3 tỷ USD. Đây quả thực là một con số rất lớn.
Tại sao Trái đất chỉ có 0,5 tấn, trong khi Mặt trăng có trữ lượng heli-3 lên tới 1 triệu tấn? Mặc dù ở rất gần nhau nhưng tại sao lại có sự khác biệt lớn như vậy giữa hai hành tinh?
Theo các nhà nghiên cứu, helium-3 chủ yếu đến từ gió mặt trời. Vì Trái đất được bảo vệ bởi từ trường và khí quyển nên gió Mặt trời khó có thể chạm tới mặt đất. Điều này dẫn đến trữ lượng Helium-3 rất nhỏ.
Trong khi đó, Mặt trăng không có từ trường và không có khí quyển. Hơn nữa, gió Mặt trời có thể ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt của Mặt trăng. Do đó, khí heli-3 nhúng trong lớp trên của đất mặt trăng được bảo toàn. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi trữ lượng của loại nhiên liệu quý hiếm này trên Mặt trăng vượt xa so với trữ lượng trên Trái đất.
Vì vậy, helium-3 làm gì?
Helium-3 là một loại khí hiếm trên Trái đất nhưng lại có nhiều trên Mặt trăng.
Trong điều kiện công nghệ hiện nay, Helium-3 được coi là nhiên liệu nhiệt hạch lý tưởng nhất. Helium-3 là một đồng vị của nguyên tố helium. Đồng vị này có thể được sử dụng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân để cung cấp cho con người một nguồn năng lượng khổng lồ.
Ví dụ sau đây sẽ cho thấy Helium-3 là một nguồn cung cấp năng lượng rất lớn. Đó cũng là lý do khiến Trung Quốc muốn khai thác loại nhiên liệu này.
Cụ thể, đối với nhà máy điện có công suất phát hàng năm 1 triệu KW, sản xuất nhiệt điện cần 2 triệu tấn than. Trong khi đó, đối với một nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ phân hạch hạt nhân, chỉ cần 300.000 tấn nhiên liệu. Trên thực tế, nếu cần một nhà máy nhiệt hạch thì chỉ cần 0,6 tấn nhiên liệu hạt nhân là đủ.
Đặc biệt, loại năng lượng được tạo ra này thực sự là năng lượng sạch, vì sẽ không có nơtron được tạo ra trong quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân, và cũng sẽ không có nguy cơ bức xạ thứ cấp. Điều này khác với các nhà máy điện hạt nhân hiện nay, vốn tạo ra một lượng lớn chất thải hạt nhân và đòi hỏi quá trình xử lý rất phức tạp sau đó.
Hiện tại, Trung Quốc là một quốc gia tiềm năng khi áp dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân vào thực tế. Vào cuối tháng 12 năm 2021, tại Viện Vật lý Plasma, thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, lò phản ứng Tokamak siêu dẫn của nước này (còn được gọi là mặt trời nhân tạo) duy trì plasma nóng tới 70 triệu độ C. trong thời gian tới 1,056 giây. Đây cũng là thời gian duy trì plasma quá nhiệt lâu nhất so với tất cả các lò phản ứng Tokamak trên thế giới.
Điều này đặt nền móng vững chắc để có thể vận hành lò phản ứng nhiệt hạch quy mô công nghiệp trong tương lai. Đồng thời khi công nghệ này có thể được đưa vào sử dụng thương mại thì Helium-3 mới thực sự có chỗ để sử dụng.
Cuộc đua khai thác Helium-3 giữa Trung Quốc và Mỹ
Theo các nhà khoa học, hai tàu con thoi chứa đầy heli-3 trong hầm hàng của họ (khoảng 40 tấn khí) có thể cung cấp năng lượng cho toàn nước Mỹ trong một năm, với tốc độ tiêu thụ hiện nay.
Theo Giáo sư Ouyang Ziyuan, nhà khoa học của Chương trình thám hiểm Mặt trăng Trung Quốc, Mặt trăng chứa nhiều Helium-3 và nguồn cung cấp nhiên liệu quý hiếm này có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của nhân loại trong một khoảng thời gian ngắn. ít nhất 10.000 năm.
Khai thác Helium-3 được cho là có thể giải quyết “vấn đề” về vấn đề năng lượng của thế giới. Ảnh: ORF
Theo Tim Chrisman, cựu chuyên gia phân tích không gian của CIA, về đích đầu tiên trong cuộc đua khai thác Helium-3 có thể coi như việc phóng vệ tinh đầu tiên trong cuộc chạy đua của Nga và Mỹ vào vũ trụ.
Nhưng chiến thắng này phụ thuộc rất nhiều vào cách có thể khai thác Helium-3. Cụ thể, nếu loại nhiên liệu này có thể nhanh chóng được sử dụng cho điện và năng lượng, hoặc trở về Trái đất một cách an toàn, thì tiềm năng thay đổi đáng kể đang mở ra.
Trên thực tế, vào tháng 8 năm 2021, theo nhà nghiên cứu Huang Zhizin tại Phòng Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Nghiên cứu Địa chất Uranium ở Bắc Kinh, mục tiêu chính của việc nghiên cứu các mẫu đất và đá trên Mặt trăng do tàu vũ trụ Chang’e 5 thu được. là việc xác định hàm lượng Helium-3 trong đất mặt trăng. Đặc biệt, các thông số khai thác của Helium-3 cho thấy cách chúng ta có thể thực hiện khai thác heli và cách loại nhiên liệu quý hiếm này được gắn vào đất của Mặt trăng.
Về phía Hoa Kỳ, Công ty Tài nguyên Hệ Mặt trời cũng đã ký hợp đồng cung cấp 500 kg Helium-3 từ Mặt trăng cho Tập đoàn Hạt nhân Hoa Kỳ trong giai đoạn từ năm 2028 đến năm 2032.
Sự tồn tại của Helium-3 trên Mặt trăng không phải là một khám phá mới. Thay vào đó, vào giữa và cuối thế kỷ 20, người ta biết đến việc có “kho báu” này trên Mặt Trăng. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, các nhà khoa học thường tin rằng Helium-3 liên kết chặt chẽ với các hạt đất trên mặt trăng và chỉ có thể được chiết xuất với sự trợ giúp của nhiệt độ cao hơn 700 độ C. .
Khó khăn là việc di chuyển một môi trường có nhiệt độ cao như vậy lên Mặt trăng nằm ngoài tầm với của công nghệ hiện đại.
Mặc dù điều kiện khai thác đã dễ dàng hơn trước, nhưng về mặt công nghệ hiện tại, con người vẫn rất khó khai thác trên quy mô lớn, vì Helium-3 nằm rất rải rác trên bề mặt Mặt trăng. Việc khai thác Helium-3 trên quy mô lớn tất nhiên không phải là chuyện một sớm một chiều.
Tuy nhiên, các nước lớn như Mỹ, Trung Quốc vẫn đang nỗ lực hết mình cho cuộc đua khai thác khí Helium-3 trên Mặt Trăng.