달의 에너지원 '헬륨3'
헬륨3는 헬륨이라는 원소 중에서 조금 내용물이 다른 동위체 원소입니다. 헬륨은 원소 중에서는 수소에 이어 가벼우며 원자번호는 2번으로 수소 다음입니다. 지구상에는 별로 없지만 헬륨풍선 등의 형태로 일상 속에서 친숙합니다.
헬륨은 태양에는 많이 존재하는데 수소가 핵융합 반응을 일으켜 생긴 것입니다. 태양은 지구의 330,000배의 부피를 가진 거대한 가스구체입니다. 이만큼 크면 중심의 압력은 매우 커지고 중심부에서는 엄청난 중력에너지도 생깁니다. 태양의 중심은 1500만 도라는 온도이기 때문에 이런 고온, 고압 속에서 수소의 원자가 붙어 헬륨이 되는 반응이 일어납니다. 이 때 방대한 에너지가 생겨나서 태양이 빛나고 있습니다.
이 태양의 핵융합 반응으로 헬륨3가 생성됩니다. 이 헬륨3는 태양풍을 타고 달에 도달합니다. 달에는 대기가 없기 때문에 헬륨3는 달 표면의 모래(Regolith)에 흡착됩니다. 달이 생긴 이후 45억 년 동안 태양으로부터의 헬륨3는 달 표면의 모래에 계속 흡착되어 왔다고 생각됩니다.
헬륨3 자체도 핵융합 반응의 물질이 됩니다. 헬륨3와 수소의 일종인 중수소가 핵융합하여 헬륨 4와 양성자가 생성됩니다. 이때 튀어나오는 양성자가 방대한 에너지를 발생시킵니다.
이러한 핵융합 연구는 전세계에서 진행되고 있습니다.
핵융합은 원자력발전(핵분열)에 비해 발생할 수 있는 에너지가 크고 방사능이 적다는 특징이 있습니다.
달에 있는 헬륨3의 총량은 아직 정확하게 추정되지 않았지만 총 2만 톤에서 60만 톤으로 추정되고 있습니다. 계산에서는 달의 모래에 흡착된 헬륨3를 모두 사용하면 현재 세계에서 사용되는 전력의 수천 년분의 에너지를 얻을 수 있다고 합니다.
헬륨3의 융합은 또 다른 장점이 있습니다. 양성자의 운동으로 에너지를 뽑아낼 수 있기 때문에 효율이 좋습니다. 방사성 폐기물이나 2차적으로 나오는 방사선의 양도 적어서 헬륨3는 이상적인 핵융합 연료입니다.
헬륨3는 달의 모래에 포함된 광물인 '일메나이트(Ilmenite)'에 들어있습니다. 달의 모래에는 일메나이트가 약 10% 정도 포함되어 있습니다. 일메나이트는 입자의 크기가 8~125마이크로미터로 매우 미세하기 때문에 태양으로부터 달 표면에 쏟아지는 태양풍에 포함된 미립자를 흡수하기 쉬운 성질을 가지고 있습니다.
헬륨3는 달의 모래를 600도 이상으로 가열하면 얻을 수 있습니다. 그러나 헬륨3는 달의 모래에 균등하게 극히 약간씩 포함되어 있기 때문에 방대한 모래를 처리해야 합니다. 만일 헬륨3를 10톤 꺼내려고 시도하면 달의 모래는 100만 톤이나 처리해야 합니다.
또 지금 연구되는 핵융합에 비해 헬륨3의 핵융합은 필요한 온도가 높고 기술적으로도 매우 어렵다고 여겨지고 있습니다. 그러므로 실용화할 수 있는 시기는 멉니다.
그러나 우리가 향후 달에 진출하고 월면 기지를 만들 무렵이 되면 헬륨3를 사용한 핵융합발전으로 쾌적한 달에서의 생활을 보낼 수 있게 될지도 모릅니다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 月のエネルギー源として、ヘリウム3というものを聞いたことがありますが
https://moonstation.jp/faq-items/f606