將來會成為人類重要能源的月球資源「氦3」

2020-12-04 中國科學院

隨著人類的文明進步,人類對能源的需求也日益增長。據科學家測算,按目前發展的速度,有可能在100年的時光就會耗盡地球上的石油、天然氣和煤等燃料資源。目前,世界各國都已把節約使用目前的傳統能源和開發利用新型能源作為戰略步驟,如我們比較熟悉的近期重點發展的新能源有:太陽能、風能、生物質能、核能、地熱能、氫能、海洋能等。在這裡為大家介紹一種在遠期可能成為地球重要能源的物資,那就是氦-3。氦-3是氦的同位素之一,元素符號為3He,它的原子核由二顆質子和一顆中子所組成,是穩定同位素。根據一些科學家的看法,正是氦-3有可能成為人類將來首選的發電能源。

氦-3的儲量在整個地球上最多只有500公斤,可是在月球的土壤裡儲量豐富。中國「嫦娥一號」的科學目標第三條明確指出了這一研究重點:探索月壤的特性,研究月壤的厚度,估算氦-3的資源量。在對「嫦娥一號」探月衛星微波數據進行一年多的分析後,香港科技大學與北京天文臺的合作團隊公布了月壤研究的發現,「月壤(月球土壤)的氦-3 (He-3)存量預計達100萬噸,轉化成核能後足夠地球使用千年以上。除此之外,氦-3還好在是一種絕對清潔的燃料,如果讓「氦-3」和海水中很豐富的「氘」發生聚變反應,將能產生龐大的電能,而在反應過程不會產生任何放射性廢料。因為使用氦-3的熱核反應堆中沒有中子(氦-3與氘進行熱核反應只會產生沒有放射性的質子),故使用氦-3作為能源時不會產生輻射,不會為環境帶來危害。 

中國科學院院士、我國探月工程首席科學家歐陽自遠在一次學術報告會上透露,我國在世界上首次通過探測月表微波特性並估算全月球月壤厚度,從而可以較為準確地獲得將為地球提供可持續發展能源氦-3的資源量和分布特徵。 歐陽自遠認為,如果把氦-3作為可控核聚變能源燃料,它將有可能成為解決今後地球人類長期能源發展需求的重要原料。如果在30年或50年後,可實現可控核聚變發電商業化,氦-3作為可控核聚變能源燃料,它將是人類社會長期的、穩定的、安全的、清潔的、廉價的燃料資源,氦-3資源將有可能成為解決今後地球人類長期能源發展需求的重要原料。

至於如何把氦-3從月球拿回來,科學家也有了設想:第一步是要開展資源勘查工作,看月球表面什麼地方氦-3最集中。只有在此之後才能進行試驗性的開採並考慮在月球上建工廠。首先,需要專門的機械去收集月球表面上的土,再將在些土加熱至比如說600度之後,就會分離出氣體氦,然後從氦分離出它的同位素——氦-3。下一步就得將氦-3氣體液化,以便於運輸。最後一步是將液化的氦-3用太空梭運回地球。一般來說,太空梭一晝夜便能一次性將20噸氦-3運回地球。全球每年所需能量原料只需太空梭飛四五次(2.5—3億美元/次),所以月壤中的氦-3具有巨大的開發利用前景。雖說開採和運輸氦-3的方案非常複雜,需要花費很大的勞動力,而且耗資巨大,但確是可以實現的。據科學家計算,利用月球開發的氦-3發電的成本只是現在核電站發電成本的1/10。

目前氦-3的開發利用已受到世界不少國家的關注,美國某電視臺曾報導說:「美國、中國、俄羅斯、印度和日本等世界各國紛紛進行探月競爭的原因是為了確保被認為是下一代核聚變發電燃料的『氦-3』。」美國工學專刊《大眾機械》(Popular Mechanics)也在發行的刊物中報導說:「美國宇航局(NASA)計劃在月球建設有人基地是為了採集『氦-3』」。

以我們人類現有的技術和能力,目前還無法做到用氦-3來作為人類使用的能源,比如說:目前大規模受控核聚變的技術尚不具備等。因此,有些國外的科學家認為:要實現這個目標需要聯合世界上的最好科研力量,當然也還需要足夠的資金支持。

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