月球土壤中的秘密:氦-3,用來發電足夠全地球使用1萬年

2021-02-08 環球事

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「登月」是讓無數人魂牽夢繞的夢想。

因為月球是距離距離地球最近的天體,在人類的歷史上留下無數的傳說,但是人類對於這個天體的了解其實並不深入,數次登月計劃都草草結束,並且人類已經有很長時間沒有登月了,以至於流傳出了「登月造假」的謠言。

其實,人類探索月球不只是為了證明航天實力,也有著關乎人類未來的現實意義,在月球上隱藏著一種超級能源,足夠全人類使用一萬年,因此長遠來看,登月能力十分重要。


雖然月球距離地球很近,但是登月並不簡單,航天計劃需要花費巨額的金錢,任何一個小小的失誤就可能造成整個幾乎的崩盤,而載人航天計劃需要考慮太空人的生存需要,困難程度翻倍。


很多人有這樣一個疑惑,為什麼人類在1972年12月7日最後一次登月後,將近五十年過去為什麼沒有再次登月呢?難道現在的科技還不如上個世紀嗎?

首先,從歷史背景來看,人類的數次登月計劃正是美蘇冷戰期間,雖然登月是為了科學研究,但是在當時美國和蘇聯都是強行攀科技樹,花費了數以百億美元才成功登月,但是登月之後的收穫幾乎可以忽略,因此人類的數次登月的歷史意義都大於實際價值。


簡單來說,現在的人類有能力登月,但是並沒有能力開採月球資源,或者是在月球建立太空基地,就像是許多人明知道攀登珠穆朗瑪峰十分危險,但是為了證明自己仍然會去攀登一樣,但是你成功登頂後,就不再會選擇繼續第二次攀登了。

而現在的情況也差不多,美國已經成功證明了登月能力,在沒有其他誘惑的情況下,花費大量的資金登月是沒有任何意義的,當然在未來人類必然是會再次登月的,原因很簡單:

月球背面沒有電磁幹擾適合建造太空望遠鏡月球土壤中蘊藏著大量的「氦-3」,可以供全球人使用1萬年


在月球背面建造低頻射電天文望遠鏡,進行低頻天文觀測可以填補目前人類天文學的空白,因為月球背面的磁場可以屏蔽無線電信號幹擾,這樣的環境地球上並不具備,因此在未來,人類肯定會在月球的背面建造天文望遠鏡甚至是太空基地。

除了在月球開展天文觀測以外,月球土壤蘊藏的大量「氦3」也意義重大,「氦3」是一種理想的清潔能源,但是在地球上的含量極低,地球上可供人類開採的氦3不足500千克,但是月球上至少有100萬噸的氦3,足夠全地球使用一萬年。


目前人類利用核能的方式主要以「核裂變」為主,但是「核裂變」會產生大量的核廢料,如果處理不當會造成長時間的汙染,「核聚變」是更加理想的核能利用方式,並且「核聚變」不會產生汙染,就算燃料溫度下降,聚變反應就會快速停止,不會發生核電站爆炸的悲劇。

可惜的是,目前可控核聚變技術仍然不夠成熟,這也是沒有人前往月球開採氦3的原因,但是在未來的幾十年後,月球可能就會變得十分「熱鬧」,因為氦3是一種十分高效的核聚變發電燃料,可以被稱為「超級能源」。


就算考慮到登月開採並且把月球土壤運回地球的成本,氦3可以提供的能源償還比例仍然高達250倍,開採煤礦僅僅能達到16倍,因此前往月球開採氦3絕對是穩賺不賠,同時開採月球上氦3的同時,也可以得到大量的「氫」「氮」「碳」等資源。

氦3和氘進行聚變反應時,不會產生輻射,因此氦3是一種理想中的能源,100噸氦3就可以提供全世界一年的用電,因此每年人類只需要排出宇宙飛船前往月球開採幾次,就能獲得大量的能源。


月球可能會成為人類第一個外星礦區,但是想要實現這個夢想,實現可控核聚變才是最關鍵的一步,實現可控核聚變後,人類就不會再被能源問題束縛,人類文明將會迎來下一個高速發展時期。

從目前來看,雖然最近的幾年人類不會再次登月,但是登月對於人類來說意義重大,不僅可以建造射電望遠鏡進行太空觀測,也可以開採大量的能源,讓人類文明不再為了能源發愁。

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    那麼氦-3在發電方面的優勢有多大呢?對照比較一下就能發現,我國每年的發電都需要耗費大量的資源能源,其中消耗的能源相當於近50億噸標準煤,然而如果用氦-3聚變能的話,只需要20噸就夠了,即便是全世界每年的發電量,使用100噸氦-3也足夠了,所以氦-3發電的優勢非常明顯,它也被科學家們稱為"完美能源"。
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  • 月球上氦-3發電夠全人類用上萬年,為什麼沒有人運回地球?
    氦3目前是屬於用不到的能源,也無需提前做好準備把它們拉回來,什麼時候用什麼時候去取,在月球那裡,沒人可以搶的到。可控核聚變是人類的能源夢想,現代的核電站都是採用核裂變原理,但核聚變釋放的能量遠遠高於核裂變。目前世界上主要大國都在進行著可控核聚變方面的實驗。
  • 月球上的氦3能夠為人類提供1萬年的能源,為什麼現在不去開採?
    氦3來源於太陽,太陽風帶著氦3向四周擴散。月球由於沒有大氣所以成為很好的氦3「收集器」,在月球誕生的45億多年的時間裡不停的收集著氦3。所以,月球表面存在著大量的氦3,估計儲量有100萬噸。按目前的世界能源需求,100噸氦3就能滿足全球的能源所需。按這種算法,足夠人類使用1萬年。
  • 嫦娥五號回家,暢想一下月球土壤怎麼用!要不要還給美國1g
    簡單了解了月球土壤以後,我們說說月球土壤有什麼用。一說到月球土壤,很多人立刻想到了氦3,認為我們可以去月球上把氦3採回來發電了。其實這個事,只是科學家們長遠的設想,眼下來說開採氦3不是一個好主意。我專門算了一下,根據報導,月球上大概有100萬噸氦3,假設氦3都在1米深的土壤裡面存著,月球表面積是3790萬平方公裡,換算出來每立方米土壤裡有0.026克氦3。一噸月球土壤裡,都不到10微克氦3。按這個比例計算,雖然100噸氦3用來發電可以提供地球一年的用電量。
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    月壤中富含氦-3,目前已探明儲量約為100萬噸。氦-3是一種清潔、安全、高效的核聚變燃料。如果能解決應用問題,便有可能引發一場能源革命。氦-3的「大本事」是由其自身的特性決定的。它是一種氦氣的同位素氣體,產生於太陽風,後被月球捕獲,吸附在月球的土壤中。
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    主要是由於地球大氣層和磁場,阻礙了太陽輻射中的氦-3原子到達地球。氦-3是最理想的核聚變清潔能源,不僅釋放能量很高,而且聚變過程沒有中子放出(3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV),一旦人類商用可控核聚變實現,那麼氦-3將是人類最重要的能源之一。
  • 嫦娥五號將順利帶回「月亮土」月球挖氦-3現實嗎?科學論證不可能
    這種元素對於地球來說可以說是一種殘缺變異的元素,這種元素的產生勢必要經過極高的高溫淬鍊,它大量形成於成千上萬度的太陽中。太陽上有著速度達到200-800km/s的高速帶電粒子流,也就是太陽風,以強勁的速度擺脫太陽引力向宇宙發散微粒子。其中就有氦-3及氦「家族」,也就是為什麼,氦被稱為「太陽元素」。
  • 開採月球上的氦3,對實現可控核聚變有何意義?
    大家都知道,太陽內部每時每刻都在發生著核聚變,在高溫高壓條件下,氫元素中的質子在量子隨穿效應的作用下,有一定機率進行質子-質子鏈式反應,兩個質子首先結合形成氘,然後氘與1個質子聚合形成氦-3,兩個氦-3再進一步聚合形成氦-4,在此鏈式反應中釋放出大量的能量。
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    本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽地球是一個資源豐富的星球,但是並不是地球所有的物質都是人類可以長期使用的,有利的資源大多數都會變得越來越少,而隨著人類科學技術的發展,越來越多的物質逐步需要補充,甚至需要更加稀缺的資源來機械能發展,所以這個時候大家都將目光集中到了「地球之外」的天體上
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