A busca pelo hélio-3! Por que o Hélio-3 é tão importante e como encontrá-lo?
Um dos interesses que as agências espaciais têm na Lua é por causa da região rica em hélio-3. Mas qual a razão por trás disso? Descubra aqui.
O hélio-3 é um isótopo do hélio considerado raro. Ele é composto por dois prótons e apenas um nêutron. Já o hélio comum, que é chamado de hélio-4, é extremamente abundante na Terra e contém dois nêutrons e dois prótons. Enquanto o hélio-4 é encontrado em abundância, o hélio-3 é encontrado em pequenas quantidades no subsolo, em reatores nucleares ou produzido como subproduto da degradação do trítio.
No entanto, o hélio-3 chama mais atenção que o hélio-4 por razões científicas e tecnológicas. A principal delas é sua aplicação como combustível em reações de fusão nuclear. Diferente das reações envolvendo outros isótopos, a fusão entre deutério e hélio-3 não produz nêutrons, resultando em uma reação limpa, sem radiação secundária significativa. Ou seja, a reação gera energia útil sem os subprodutos radioativos.
Por causa disso, cientistas e empresas buscam por fontes de hélio-3 que poderiam ser um avanço para atingir a fusão nuclear eficiente. Enquanto na Terra o hélio-3 é escasso, a superfície da Lua, especialmente nas regiões expostas ao vento solar por bilhões de anos, é rica em hélio-3. É estimado que toneladas de hélio-3 esteja disponível na Lua e a busca e extração se tornaram um objetivo estratégico para agências espaciais e empresas privadas.
Isótopos
Isótopos são variantes de um mesmo elemento químico que possuem o mesmo número de prótons, ou seja, o mesmo número atômico mas diferem no número de nêutrons. Em resumo, todos isótopos de um mesmo elemento compartilham as mesmas propriedades mas podem apresentar massas atômicas diferentes. A diferença também está em algumas reações químicas que podem ter mais ou menos subprodutos.
A diferença no número de nêutrons também pode influenciar as propriedades físicas e a estabilidade nuclear de cada isótopo. Alguns isótopos são estáveis, como o carbono-12 e o oxigênio-16, enquanto outros são instáveis e sofrem decaimento radioativo, como o carbono-14. Isótopos instáveis também são importantes e tem utilidade na prática como, por exemplo, aplicações em datação de fósseis, medicina nuclear e geração de energia em reatores.
Hélio-3
O hélio-3 é um isótopo leve e estável do elemento hélio, composto por dois prótons e um único nêutron. Por causa dessa composição, o hélio-3 possui uma estabilidade natural, já que o número ímpar de nêutrons não causa instabilidade significativa no núcleo. Diferente do hélio-4, que possui dois nêutrons, o hélio-3 não apresenta tendência à decaimento radioativo.
Uma ds propriedades físicas do hélio-3 está em seu comportamento em ambientes com temperaturas muito baixas. O hélio-3 liquefaz a aproximadamente 3.2 K, e não solidifica sob pressão atmosférica, mesmo ao zero absoluto. O isótopo só consegue se solidificar em pressões altissimas e temperaturas extremamente baixas. Ele também é conhecido por apresentar propriedades quânticas como superfluidez em temperaturas extremamente baixas.
Fusão nuclear
Essas características físicas do hélio-3 tornam ele um isótopo importante na pesquisa científica, principalmente em dinâmica de fluidos. Apesar disso, ele é conhecido por causa da sua importância na fusão nuclear. Diferente de reações de fusão comuns, que liberam grande quantidade de nêutrons, a fusão entre deutério e hélio-3 produz prótons ao invés de nêutrons. Esse tipo de fusão é chamado de "aneutrônica", pois emite energia quase exclusivamente na forma de partículas carregadas.
Isso é importante porque permite a conversão dessas partículas carregadas em eletricidade com menos blindagem e risco de radioatividade. Isso torna o hélio-3 importante para uma futura geração de reatores de fusão mais limpos e eficientes. A energia liberada por reações com hélio-3 pode ser mais facilmente controlada e capturada por dispositivos eletromagnéticos, sem os danos estruturais causados por nêutrons. Além disso, a ausência de radiação secundária facilita o projeto de usinas.
Por que na Terra ele é escasso?
O hélio-3 é extremamente escasso na Terra porque a maior parte desse isótopo foi perdida durante a formação do planeta. Como é um gás leve e não radioativo, ele tende a escapar da gravidade terrestre e se dispersar no espaço. Ele também não é produzido em grandes quantidades por processos naturais terrestres, e a pequena quantidade existente está geralmente presa em depósitos de gás natural, sendo difícil e caro de extrair.
Já na nossa vizinha, a Lua, a situação é diferente. O hélio-3 é abundante e está incorporado a camada de solo solto que cobre a superfície por causa do constante bombardeio de vento solar por bilhões de anos. Como a Lua não possui atmosfera nem campo magnético significativo, as partículas solares, incluindo íons de hélio-3, atingem diretamente a superfície e ficam retidas nas camadas superficiais do solo.