本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
隨著科技的快速發展,人類對能源的要求自然也跟著水漲船高,目前我們大量使用的化石能源由於其不可再生性、對環境有汙染和極為低下的能量轉換率,遲早會成為人類文明的「絆腳石」。因此我們迫切地需要更加高效、清潔以及持久的能源,放眼未來,可控核聚變無疑是我們未來的理想能源。
受限於科技水平,目前的相關研究工作只能從最初級的核聚變開始,根據科學家的設想,未來的可控核聚變主要有三種類型,即:氘和氚的核聚變、氘和氦3的核聚變以及氦-3和氦-3的核聚變。
需要指出的是,前兩種類型的核聚變總是會伴隨著中子輻射的,而中子輻射會給人們帶來很大的麻煩。這是因為中子不帶電,穿透力又超強,它們會將核聚變產生的能量大量帶走,而且當中子接觸到其他物質後,又會製造出各种放射性物質,使得核聚變反應很難控制並且相當危險。
而氦-3和氦-3的核聚變在產生巨大能量的同時,又完全不會產生中子輻射,因此氦-3被稱為完美能源,成為了未來可控核聚變最理想的燃料。尷尬的是,根據估算地球只有0.5噸的氦-3,但我們也不必沮喪,因為科學家發現,月球的氦-3資源非常多,其儲量高達100萬噸以上。
現在問題就來了,月球有100萬噸以上的氦-3,地球卻只有0.5噸?宇宙為何厚此薄彼?
我們都知道太陽的光和熱來自於其內部的核聚變反應,通常來講,我們可能會認為在太陽的內部,四個氫原子「Duang」的一聲就聚變成一個氦原子,但實際上並不是這樣,我們先上圖。
可以看到,在太陽的內部,氫是通過一系列的反應才最終聚變成氦-4的。在這個過程中,大量的氦-3不斷地在太陽內部生成,但這些氦-3不會全部繼續下一步的核聚變反應,它們中的一小部分會脫離反應區域來到太陽外層,並隨著太陽風「吹」向廣袤的宇宙空間。
隨著太陽風來到月球和地球的氦-3,其濃度基本上都是一樣,當太陽風「吹拂」月球的時候,這些氦-3就會落到月球表面,日積月累之下,月球氦-3的儲量就漸漸升高了。然而同樣的情況發生在地球上,即又是另一番景象。
地球擁有濃密的大氣層以及強大的磁場,它們就像巨大的保護傘一樣呵護著地球上的生命,使我們不至於受到各種來自宇宙空間的侵襲,但也就是它們,將這些來自太陽的「饋贈」通通擋在了外面。
看到這裡,可能有人會問了,地球上0.5噸的氦-3又是從哪裡來的呢?其實地球上的氦-3並不是來自於太陽風,而是來自於地球上的氚。氚是氫的一種同位素,它的原子核擁有一個質子和兩個中子,當它發生β衰變時,其中的一個中子會衰變成質子,於是氚就變成了氦-3。因為地球上的氚本來就非常少,所以理論上講,地球也就只有那麼可憐巴巴的一點點氦-3了。
我們可以看到,宇宙其實是公平無私的,它並沒有厚此薄彼,而為何月球有100萬噸以上的氦-3,地球卻只有0.5噸,只不過是因為地球看不上那些氦-3,直接將它們拒之門外而已。
好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見`
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