랭커스터 대학교가 소유한 가장 귀중한 자산 중 하나는 맥주통에 보관되어 있습니다. 조심스럽게 잠긴 실험실에는 선반 위에 금속 통들이 줄지어 놓여 있고, 가느다란 구리 배관으로 연결되어 있습니다. 이 용기들에는 값비싼 맥주 대신 헬륨-3라는 기체가 들어 있는데, 이는 세계에서 가장 비싼 물질 중 하나입니다. 1리터당 약 2,000달러(1,500파운드)이지만 가격은 변동될 수 있습니다.
"실험실은 50년 정도 운영되어 왔습니다. 그 당시에는 헬륨이 꽤 저렴했죠,"라고 디마 즈미예프 선임 강사가 말합니다. "우리의 매우 현명한 선배들이 비축해 두었습니다." 가까운 미래에는 더 많은 사람들이 그러한 비축량을 쌓으려 할 수도 있습니다. 헬륨-3는 양자 컴퓨팅과 핵융합에 응용됩니다. 그러나 오늘날 주요 공급원은 엄격히 통제되어 있습니다. 바로 핵무기에서 나오기 때문입니다. 구체적으로는 그 무기 내부의 수소 동위원소인 삼중수소의 붕괴에서 생성됩니다.
전 세계적으로 매년 수만 리터의 헬륨-3가 이런 방식으로 생산될 것으로 추정된다고 테네시주 오크리지 국립연구소의 저명한 과학자 데이비드 매컬럼이 말합니다. 그러나 미래 수요는 그 공급량을 훨씬 초과할 수 있습니다. 일부 기업가와 연구자들은 헬륨-3의 새로운 공급원이 필요하다고 말합니다. 헬륨-3는 지상에도 존재하지만 일반적으로 매우 낮은 농도로 존재합니다.
그러나 아폴로 임무에서 가져온 달 먼지, 즉 레골리스 샘플은 상대적으로 높은 농도로 존재할 수 있음을 시사합니다. 이에 따라 달에서 헬륨-3를 회수하려는 계획이 추진되고 있습니다. 헬륨-3는 원자핵의 중성자 수로 정의되는 헬륨의 동위원소입니다. 중성자가 하나 더 많은 헬륨-4는 비교적 저렴한 버전으로, 어린이 파티 풍선을 채우는 기체입니다.
즈미예프는 물리학 실험에서 헬륨-3를 사용합니다. 예를 들어, 그는 신비한 암흑 물질 입자의 한 유형을 탐지하는 프로젝트에서 작은 챔버에 이 물질을 채웁니다. 그러한 입자가 헬륨-3 원자 중 하나에 충돌하면 원자들이 모두 흔들리게 됩니다. 이는 열을 발생시키고 그 약간의 온도 상승을 측정할 수 있습니다. 헬륨-3는 계속해서 재사용될 수 있습니다.
과학자들은 헬륨-3와 헬륨-4를 매우 낮은 온도에서 혼합하여 알려진 우주에서 가장 낮은 온도인 밀리켈빈 범위(-273°C)까지 내려갑니다. 헬륨-3 원자가 두 동위원소를 포함하는 희석 혼합물에서 점차 분리되면 위에 순수한 헬륨-3 층을 형성합니다. 이 분리는 에너지를 소비하는 상변화로, 뜨거운 물컵에서 증기가 증발할 때와 같은 냉각 효과를 유도합니다. 헬륨-3 기반 냉각, 즉 희석 냉동은 양자 컴퓨터에 필수적입니다.
그리고 헬륨-3는 언젠가 일부 핵융합로에서 엄청난 양의 청정 에너지를 생성하는 데 사용될 수도 있습니다. 달에서 헬륨-3를 추출할 계획을 세우고 있는 회사 중 하나는 시애틀에 본사를 둔 인터룬입니다. "우리는 지난 4년 동안 기술을 개발, 프로토타입 제작 및 테스트해 왔습니다... 30명의 팀이 있으며 계속 성장하고 있습니다,"라고 공동 창립자이자 CEO인 롭 메이어슨이 말합니다. 메이어슨은 2003년부터 2018년까지 제프 베조스의 로켓 회사 블루 오리진의 사장을 지냈습니다.
인터룬의 공동 창립자 중 한 명은 현재 90대인 해리슨 "잭" 슈미트로, 아폴로 17호 임무 중 달을 걸었습니다. 그는 오랫동안 달 레골리스에서 헬륨-3를 회수하는 것을 지지해 왔습니다. 인터룬은 포물선 비행 중에 일부 장비를 테스트했는데, 이 비행은 비행기가 큰 호를 그리며 무중력을 시뮬레이션하는 것입니다. 이 회사의 장비는 늦어도 2027년 가을에는 달 착륙선에 통합될 수 있다고 메이어슨은 말합니다.
궁극적으로 인터룬은 달에 자율적인 레골리스 삽 굴착기를 배치하여 가루 물질을 퍼 올리고 처리하는 것을 목표로 합니다. 아이디어는 레골리스를 부수고 휘저어 그 안에 포함된 헬륨-3를 방출하는 것입니다. 달에 어떤 농도의 헬륨-3가 존재하는지 확실히 아는 사람은 없습니다. 존스홉킨스 응용물리학연구소의 폴 버크는 아폴로 레골리스 샘플이 지구로 돌아오는 과정에서 헬륨-3의 일부를 잃었을 수 있어, 그 양에 대한 우리의 이해를 왜곡할 수 있다고 말합니다. 게다가,