氦3的作用是什么

【專家解說】：氦3是氦的一種同位素。氦原子核一般由2個質(zhì)子和2個中子組成，即氦?4，而氦3則少1個中子，這使它成為核聚變材料。而且，用氦?3的聚變能發(fā)電比較安全。 　　在地球上，天然的氦?3很少，總量不過幾千克。用氫的同位素氚蛻變?yōu)楹?3，也只不過10～20千克。 　　我們知道，月球是由在地球受撞擊時飛濺出去的物質(zhì)集結(jié)而成的。那么，月球上的氦?3是從哪里來的呢?研究認為，月球上的氦?3主要來自太陽風。 　　經(jīng)研究，太陽風中含有4%的氦，其中氦?3和氦?4的比例為5∶10000。由于月球沒有磁場，太陽風可直達月球表面。又由于月球沒有大氣，經(jīng)常受隕石撞擊，土壤疏松，氦?3到達后被土壤粒子包圍，就留在了那里。因為氦?3原能級較低，它們不會進入很深的土壤?？茖W家提出，在人類資源面臨短缺的今天，向地球外尋找新的能源，應該是未來一條可以探索的發(fā)展之路，比如從月球表面開采氦氣，傳送到地球?qū)⒂兄诮鉀Q人類未來面臨的能源短缺難題。 　　從已經(jīng)收集到的月球表面礦物標本看，月球表面土壤含有豐富的氦-3元素，氦-3元素通常被用作人造大氣層和鐳射媒體的組成部分，和用作制冷劑及飛行氣球的氣體。它在地球上是非常稀少的，而在月球上卻有大量的儲存。 　　美國田納西州行星地球科學研究院負責人勞倫斯.泰勒教授說：“氦可以與一種氫的同位素氘結(jié)合，發(fā)生裂變反應，產(chǎn)生巨大的能量。月球有豐富的氦-3資源，太空飛船運送25噸的氦元素，就足夠供給美國一年的電力需求。大約2億噸的月球土壤就能夠產(chǎn)生1噸的氦元素，而地球土壤僅僅能產(chǎn)生10公斤?！?　　在月球表面的氦-3元素是通過太陽風作用而被沉積的。如果對月球土壤和巖石進行800°C的高溫加熱，就可以把它們從中提取出來。但泰勒教授也指出：“通過反應堆技術(shù)把氦-3元素轉(zhuǎn)化成能量仍然處于未成熟階段，還需要科學家花費數(shù)年的時間完善。” 　　除了技術(shù)問題，資金也是現(xiàn)在面臨的一項困難。泰勒說，在美國現(xiàn)在還沒有專項資金用在非石油能源項目的研究上。但他警告到2050年，煤、石油、天然氣等能源將面臨枯竭，所以我們應該對這項研究投入更多的精力。與會的其他科學家也贊成，氦-3是一種安全的能源，可以作為未來的燃料，所以它的開發(fā)利用應該受到重視。 　　科學家一致認為，如何利用月球氦-3元素聚變反應的技術(shù)可以在未來30的時間里基本成熟。在月球發(fā)現(xiàn)的潛在氦3資源可能將成為解決這一問題的關(guān)鍵。 　　儲量非常豐富 　　從月球采集的礦石樣本顯示，其中含有豐富的氦3。美國行星地質(zhì)研究所地球與行星科學部主任勞倫斯·泰勒說：“與地球相比，月球有著儲量驚人的氦3。氦3與(氫的同位素)氘相結(jié)合所產(chǎn)生的核聚變反應能產(chǎn)生非常高的溫度，并釋放出巨大能量。” 　　“一艘航天飛機一次能運載25噸氦3，這些氦3足以提供夠美國用一年的電量?！碧├赵谟《缺辈砍鞘袨醮紶柵e行的月球開發(fā)國際會議上說。 　　他估計，大約每2億噸月球土壤中可以提煉出1噸氦3。相比之下，地球上所有的氦3加起來也只有大約10公斤。 　　印度總統(tǒng)阿卜杜勒·卡拉姆24日在這次會議上發(fā)言時說，整個月球大約共有100萬噸氦3。“月球上以氦3形式蘊藏的能量比地球上所有礦物燃料(石油、煤、天然氣)的總和還多10倍，”卡拉姆說。 　　技術(shù)尚未成熟 　　科學家認為，月球上的氦3來源于太陽風，混雜于土壤和巖石之中。要利用這一資源就必須進行提煉。例如，要從巖石中提煉氦3，就要把巖石加熱到800攝氏度以上。 　　不過，泰勒同時指出，把氦3轉(zhuǎn)換成能源的核聚變技術(shù)目前仍處在研發(fā)階段的初期，這項技術(shù)要成熟還需要多年時間。 　　“問題是，現(xiàn)在還沒有一種有效的核反應堆來處理氦3。這種實驗目前還只能在實驗室中進行。按照現(xiàn)在的研究進度，還需要30年，”他說。 　　其他一些科學家說，這種開發(fā)中的核聚變反應堆的一大優(yōu)勢是“安全”，甚至可以把它建在任何城市的鬧市區(qū)。這點與現(xiàn)有的核裂變反應堆不同。 　　資金嚴重不足 　　美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室行星學家D·J·勞倫斯說：“月球上可能有儲量巨大的氦3。第一步是要進行勘察，找到氦3的聚集地。這樣，當核反應堆技術(shù)成型后，我們就能作好準備，提供準確信息。” 　　“它(氦3)很安全，的確能被用作未來能源。這完全不是科幻小說。夢想擺在眼前，現(xiàn)在的問題是，資金從何而來？如果人們團結(jié)起來干這件事，毫無疑問就能成功，”他說。 　　泰勒也說，美國目前沒有人向從事非石油能源研究的項目提供資金。他警告說，石油、煤、天然氣等資源很快就將耗盡。 　　“到2050年，全球?qū)⒚媾R嚴重問題。我們必須未雨綢繆。現(xiàn)在，我們做得還不夠。我們中有些人是在(未雨綢繆)。但那些負責決策和劃撥資金的人卻不是。他們考慮的只是下屆大選，”他說，“如果我們關(guān)注月球，并且有足夠資金，我們就能干得很快。如果財政資源得到保障，這可以在10年內(nèi)完成?！焙ぁ?何以受寵 1985年，專家們通過分析“阿波羅”號載人登月飛船帶回的月球巖土樣品發(fā)現(xiàn)，月球上有大量地球上稀有的物質(zhì)氦—3。月球上之所以富含氦—3，是由于氦—3大量存在于太陽風中，太陽風由90%的質(zhì)子（氫核）、7%的α粒子（氦核）和少量其他元素的原子核組成，月球上的氦—3正是太陽風中的α粒子。月球沒有磁場和大氣，太陽風粒子能直達月面。經(jīng)過億萬年流星和微流星的撞擊，整個月球表面都不同程度地“吸附”上太陽風的粒子。其實，月球上有硅、鐵、鋁、鈦和鈣等多種資源，可以用來直接生產(chǎn)建材建造房屋。另外，月球的兩極可能存有1100萬至3.3億噸水冰，它們不僅可以滿足人在月球上生存的需要，水如果分解成氧和氫，還可以成為重要燃料。但由于現(xiàn)在從地球到月球單程的運輸費約為每噸4000萬美元左右，再加上采掘、提煉和運回地球等費用，開發(fā)成本太高。而開發(fā)月球上的氦—3是劃算的，因為在發(fā)電量相同的情況下，使用月球能源氦—3的花費只是目前核電站發(fā)電成本的10%，如以石油價格為標準，每噸氦—3價值約40億—100億美元，是月球上的超級“金礦”。&nbs p;滿足數(shù)千年能源需求 有關(guān)氦—3在地球和月球上的儲量目前說法不一：有的說在地球上氦—3儲量為半噸，也有的說是15噸；有的說月球蘊藏的氦—3約為100萬噸，也有說是沉積在月球上的氦—3大約有5億噸。俄羅斯專家估算，在10—15平方公里范圍內(nèi)挖掘并加工深度為3米的月壤，即可獲得約1噸氦—3，足以保證一個功率為1000萬千瓦的發(fā)電機組工作1年。由于100噸的核燃料氦—3就可以滿足地球上1整年的能源需求，所以即使月球蘊藏氦—3約為100萬噸，就可滿足全球數(shù)千年的電力需要。目前我國一年的核發(fā)電量中大約需要不超過10噸氦—3。俄羅斯科學家認為，每燃燒1千克氦—3便可產(chǎn)生19兆瓦的能量，足夠莫斯科市照明用6年多。美國航天專家指出，用航天飛機往返運輸，一次可運回20噸液化氦—3，可供美國一年的電力。采掘、運輸?shù)榷际请y點 開發(fā)、運送月球上的能源還有很多難題需要解決。比如，要實現(xiàn)月球和地球之間的人、貨運輸，首先要有足夠大推力的運載火箭，當年，因為沒有研制出大推力的N—1巨型火箭，蘇聯(lián)在載人登月上敗給美國；另外，要在沒有大氣包裹的月球表面著陸，主要只能靠反推火箭來緩沖，如何保障安全是一個大難題。就算解決了往返運載難題，如何從月壤中提出氦—3，怎樣實現(xiàn)核聚變，科技上都還沒有已知的答案。目前，核聚變的控制問題已進入攻堅戰(zhàn)階段。法國科學家最近宣布，2030年將使利用氦—3進行核聚變發(fā)電商業(yè)化。雖然人類已經(jīng)對月球進行了很多次探索，取得了大量的數(shù)據(jù)，但要在月球上建立基地，實際開發(fā)利用月球資源和環(huán)境，還有一個漫長的過程。各國科學家正圍繞月球上氦—3的形成、儲量、采掘、提純、再貯存、運輸及月球環(huán)境保護等問題悄然開展相關(guān)研究，但認為10年之內(nèi)難以指望。在月球建核電站 未來解決地球能源不足的主要出路有兩個：一個是核能，另一個是太陽能。為了解決運輸問題，降低成本，不少國家設想直接在月球上建造核電站，電站發(fā)出的巨大電力除供月球基地使用外，還將通過激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，再由中繼衛(wèi)星仍以激光或微波形式傳送給地球。在月球上建核電站也不用擔心核泄漏。也有人提出在月球上建太陽能基地，因為月球表面幾乎沒有大氣，太陽輻射可以長驅(qū)直入，而且很容易滿足用目前光電技術(shù)進行太陽能發(fā)電需要占用大片光照充足的土地的要求。每年到達月球范圍內(nèi)的太陽光輻射能量大約為12萬億千瓦，相當于目前地球上一年消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的2.5萬倍。假設在月球上使用目前光電轉(zhuǎn)化率為20％的太陽能發(fā)電裝置，則每平方米太陽能電池每小時可發(fā)電2.7千瓦時，若采用1000平方米的電池，則每小時可產(chǎn)生2700千瓦時的電能。這不但解決了未來月球基地的能源供應問題，而且隨著人類空間轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)和地面接收技術(shù)的發(fā)展與完善，還可以用微波傳輸太陽能，為地球提供源源不斷的能源。