其中，氦-3（Helium-3 ）代表了能源領(lǐng)域最重要的潛力，這種非放射性同位素被譽(yù)為聚變反應(yīng)堆運(yùn)行的最理想、最干凈的燃料。雖然它仍處于實(shí)驗(yàn)階段，但在反應(yīng)堆的安全殼中容納這種能量的能力可以使它成為一種可行的能源。

什么是氦-3？

讓我們從高中基礎(chǔ)開始：氦是宇宙中第二豐富的元素。它無色、無味、無臭。大約 24% 的宇宙是氦。最常見的氦氣類型被稱為 helium-4，因?yàn)樗袃蓚€(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子。

考慮到地球上 99.99986% 的氦氣都是這樣的，Helium-4 幾乎是人類對(duì)該元素的體驗(yàn)。但在 1934 年，澳大利亞科學(xué)家馬克·奧利芬特（Mark Oliphant）在對(duì)重氫進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)假設(shè)，許多人認(rèn)為是放射性同位素的物質(zhì)實(shí)際上會(huì)在天然氦中發(fā)現(xiàn)。奧利芬特提出存在一種穩(wěn)定的氦同位素，它有兩個(gè)質(zhì)子，但只有一個(gè)中子。1939 年，美國物理學(xué)家路易斯·阿爾瓦雷斯 ( Luis Alvarez )和羅伯特·科諾格(Robert Cornog ) 的最終發(fā)現(xiàn)證實(shí)了他的懷疑。

Helium-3 是原始的，可以追溯到行星體的早期。在地球上，它形成于地幔、地核之上和地殼之下。雖然它可以人工制造（人工制造氦-3 是可能的——例如，每當(dāng)拆除核武器時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況），但它是地球上極其稀有的物質(zhì)(主要是一些同位素（如鈾 238）中 α 衰變的產(chǎn)物)：一份報(bào)告顯示，地球上總共存在 0.5噸氦-3，而它僅占美國政府氦儲(chǔ)量的 0.0001%。

為什么說氦-3是核聚變的理想燃料？

這里簡單說說核電站的原理，俗稱的“燒開水”——核裂變反應(yīng)堆的鈾核被分裂后釋放了能量，然后將水轉(zhuǎn)化為蒸汽再推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。但是這過程也釋放了放射性物質(zhì)和乏核燃料，這些燃料被再加工成鈾、钚和放射性廢物，這些廢物必須被安全地?zé)o限期地儲(chǔ)存。

40 多年來，科學(xué)家們一直致力于從核聚變中產(chǎn)生核能而不是核裂變。在目前的核聚變反應(yīng)堆中，氫同位素氚、氘用作燃料，當(dāng)它們的核聚變產(chǎn)生氦和中子時(shí)釋放原子能。核聚變有效地利用了為太陽和其他恒星提供燃料的相同能源，并且不會(huì)產(chǎn)生作為當(dāng)前核裂變發(fā)電副產(chǎn)品的放射性和核廢料。

然而，以氚、氘為燃料的核聚變反應(yīng)堆釋放的所謂“快”中子會(huì)導(dǎo)致大量能量損失，并且極難控制。一種潛在的解決方案可能是使用氦-3 和氘作為“中子”（沒有中子的動(dòng)力）聚變反應(yīng)堆中的燃料。當(dāng)氦-3 和氘融合產(chǎn)生正常的氦和一個(gè)質(zhì)子時(shí)，這里涉及的核反應(yīng)會(huì)浪費(fèi)更少的能量并且更容易控制。因此，使用氦-3 的核聚變反應(yīng)堆可以提供一種高效的核能形式，幾乎沒有廢物和輻射。

為什么月球上的氦-3 如此豐富，而地球上卻少得可憐？

與使用氦-3 通過核聚變產(chǎn)生能量相關(guān)的眾多問題之一是，至少在地球上，氦-3 確實(shí)非常非常罕見——我們的大氣層和磁場阻止了任何這種氦-3 到達(dá)地球。

研究發(fā)現(xiàn)，太陽風(fēng)的成分是在太陽等離子體中發(fā)現(xiàn)的材料的混合物，由電離的氫（電子和質(zhì)子）和 8% 的氦（α粒子）組成，它的同位素包括 Helium-3 和大量的重離子和原子核：C、N、O、Ne、Mg、Si、S 和 Fe 在太陽外層大氣（即日冕）的加熱下被撕裂。即使一些 氦-3能夠通過這兩者，它最終也會(huì)變成 氦-4，這是我們用來填充氣球或加壓到一定程度的氦氣。而月球沒有自己的磁層，它不像地球那樣抵御太陽風(fēng)，因此它的表面被構(gòu)成太陽風(fēng)的粒子轟擊，以至于沒有什么可以阻止氦-3 到達(dá)月球表面并被月球土壤吸收。

據(jù)估計(jì)，在月球表面幾米深的地方大約有 1100000 噸氦-3，而這種氦-3可以通過將月球塵埃加熱到600攝氏度左右來提取。另外NASA研究表明，大約 25 噸氦-3 ——或者一個(gè)滿載的航天飛機(jī)貨艙的價(jià)值——可以為美國提供一年的電力。這意味著氦-3 的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為每噸 30 億美元。

由于上述原因，人們對(duì)月球氦-3 產(chǎn)生了濃厚的興趣，這也許不足為奇。

那從月球上開采氦-3有可能成為現(xiàn)實(shí)嗎？

江湖傳言，實(shí)用的聚變能源還需要 30 年，而且永遠(yuǎn)都是（目前的可控聚變反應(yīng)還未能實(shí)現(xiàn)）。外媒宣稱中美俄之間就月球上的潛在資源展開了一場“秘密采礦戰(zhàn)”，這些資源可能為聚變反應(yīng)堆提供非常清潔的燃料。別看現(xiàn)在核聚變的消息滿天飛，但有科學(xué)家信誓旦旦預(yù)測，至少在本世紀(jì)中葉之前，商業(yè)聚變反應(yīng)堆的數(shù)量可能會(huì)保持為零。而且，無法保證可以使用氦-3 的反應(yīng)堆類型——它需要比現(xiàn)在設(shè)想的氫燃料反應(yīng)堆更高的溫度，技術(shù)上難度更高。

這并不是說不可能從月球獲得氦-3 或其他資源。顯然，人類可以在人類和探測器執(zhí)行任務(wù)期間從月球上取回東西。但是不用考慮成本嗎？

一個(gè)簡單的例子，地球海洋中大約有 45000 到 150 萬噸黃金。但是黃金是如此分散，以至于提取它的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黃金的價(jià)格。同樣，由于距離和低濃度的原因，從月球帶來氦-3 的成本將是巨大的。據(jù)悉，月球土壤中被稱為“風(fēng)化層”的濃度約為十億分之 20 至 30，這意味著大量工作必須在月球表面進(jìn)行，以提取值得運(yùn)輸?shù)臄?shù)量。從技術(shù)上講，這項(xiàng)任務(wù)極具挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性。

但我們可以滿懷期待——我國的“嫦娥計(jì)劃”打算在 2030 年之前讓宇航員登陸月球南極，其中還包括采礦作業(yè)建立一個(gè)持續(xù)的人類前哨基地的計(jì)劃。如果到時(shí)核聚變?nèi)〉猛黄频脑?....

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