未來誰有權利開採月球?為啥可控核聚變一定要用月球上的氦-3?

2020-11-25 李論科學

太空採礦目前只是科幻小說或電影裡的事情,但也有望在未來成為現實,因為這是人類走向深空的必由之路,就像現在的高速路每段都有服務區一樣,太空採礦可以成為人類探索宇宙的中繼站,我們的月球肯定會成為首要的目標。

那麼,月球上富含著哪些珍貴的資源讓人類如此嚮往呢?大量的黃金、鑽石或稀有金屬礦藏?雖然月球上確實蘊藏著許多有價值的物質,但這些稀有的礦藏還不至於讓人類去月球上開採。但有兩種物質卻引起了人們的極大興趣,那就是水和氦。

用水作為火箭燃料,或者可作為月球基地的水資源

太空旅行是非常昂貴和需要大量資源的項目。從地球發射的火箭需要一次性攜帶巨量的燃料,以擺脫地球強大的引力,然後到達目的地再返回地球。路程越遠、載重越大,需要攜帶的燃料就越多,燃料越多給火箭增加的重量就越大,這意味著又需要更多的燃料來推動火箭進入深空。

將任何物體帶入太空都需要大量的燃料。

目前人類通過衛星撞擊月球南極隕石坑、分析「月船一號」發揮的數據已經發現了月球上存在水冰的「確鑿證據」,而且數量驚人。這是一個令人興奮的發現,有幾個原因,特別是在未來人們肯定會在月球上建立基地。這些月球上的水可以用來飲用和種植植物,以保障日常的用水。

而且這些水更直接的用途是製造火箭燃料。水分子由氫和氧組成,這兩種物質可以作為火箭推進劑。水分子可以通過電流在(電解)分解,產生氫和氧,然後儲存為液體,為火箭提供燃料。雖然月球土壤中富含的水冰如何去開採,怎樣去收集,目前仍然是技術難題,但是就算月球上沒有水也阻擋不了人類在月球上長期發展建立基地的想法。

還有一種想法就是在月球軌道上建立一個繞月服務站。這將使火箭在離開地球時只攜帶部分燃料飛向月球,然後在前往下一個目的地之前在月球上補充燃料。或者,我們可以把月球上的燃料運送到近地軌道的燃料庫,讓火箭停靠在離地球更近的地方補充燃料。不管怎樣,這都意味著更有效地利用燃料和能源,這將為宇宙飛船進入深空提供一個跳板,降低太空探索的成本。

氦3可作為能源,那為啥一定要用氦-3呢?

為太空探索提供資源是一回事,而我們在地球上每時每刻都需要大量的能量,因此我們更需要為地球上的生產、生活找到一種更加長期清潔有效的能源,逐漸擺脫目前有限、並且汙染嚴重的資源(如各種化石燃料)。

有幸得是,月球已經為我們提供了一種解決方案,其涉及到氦元素,一種有很多用途的元素,當然比平時充氣球或讓聲音變細更有用。例如,理論上氦可以通過核聚變反應產生大量的能量。

充氣球的氦元素也可以用於核聚變。

如果要使用氦作為核聚變的燃料,我們就需要氦的同位素氦-3,它的原子核比「正常」的氦少一個中子。在極高的溫度和壓力下,將其中兩個原子融合在一起,或者將氦-3原子與氘原子(氫的一種同位素)熔合在一起,會釋放巨大的能量。事實上核聚變正是太陽和其他恆星的能量來源,這與地球上現有的任何技術相比,其產生的能量要大得多!

將兩個氦3原子融合在一起會產生大量的能量。

可控核聚變目前仍是一種理論技術,並沒有實際應用。儘管人類在近近幾十年進行了大量的研究和開發,但至少在10年內不太可能看到可控核聚變技術的應用。因為目前仍然有一些主要的技術障礙需要克服,比如我們需要找到一種方法來控制核聚變的高溫材料,以及處理聚變反應中釋放的大量中子,這些中子具有放射性會破壞整個反應堆。而目前的磁力約束核聚變一直都徘徊在盈虧平衡點。也就是說有時輸入的能量,比核聚變產生的能量還要大。

對於氦-3來說,聚變不會釋放中子,也沒有其他的放射性副產品需要處理。與其他一些實驗性的核聚變反應(如氘和氚的聚變)或現有的核裂變過程相比,氦-3這種核燃料是一個巨大的優勢。

氦-3可以通過太陽的帶電粒子流(太陽風)在太空中傳播,但是地球的磁場阻止了這些粒子流到達地球表面。而月球上幾乎沒有磁場,所以月球的表面會受到所有帶電粒子(包括氦-3)的轟擊。這使得月球表面的巖石和塵埃層成為了捕獲氦3的理想場所。

如果未來的十年或者二十年人類掌握了核聚變,並能將其商業化,那麼月球就真的熱鬧了,將會成為必爭之地,這也是為什麼各國一直對月球充滿興趣的原因。那時估計都沒人去搶石油了。

如果我們能找到一種經濟有效的方法來開採月球表面的氦-3,將其運回地球,然後利用它通過核聚變來產生能量,我們就能徹底解決地球的能源問題,還不會產生放射性副產品,也不會產生溫室氣體排放。不過,現在離未來還有很長一段路要走。

未來誰能開採月球?

儘管存在很多的挑戰和難題,但未來月球的資源足以激勵來自多個國家的私人公司和太空機構爭相去月球採礦。這就提出了兩個非常重要的問題:誰能開採月球?月球採礦會對地球產生什麼影響?

開採所有的氦不會導致月球從天上掉下來。採礦作業也不會對月球產生大的影響,即使月球失去其總質量的1%,對其軌道的影響也不大,也不會對地球海洋的潮汐產生影響,我們大可放心。

至於所有權,1967年的聯合國外層空間條約規定,任何國家都不能擁有外層空間任何天體的所有權,這主要是為了防止美國當年亂搞。然而,限制了國家,但不會阻止私人公司把月球作為他們自己的商業財產。目前並沒有相關的規定限制私人公司開採,這也是目前美國扶持私人公司的原因。

相關焦點

  • 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。
  • 月球上氦-3發電能夠供人類用幾萬年,可為什麼沒有人去採集呢?
    關於氦-3這種東西,很了解它的人並不多,實際上它是一種無色無味的氦氣同位素氣體,被公認為一種未來將被廣泛應用的核聚變能源燃料,因為氦-3可以和氫的同位素發生核聚變反應,但是與一般的核聚變反應不同,氦-3在聚變過程中不產生中子,所以放射性小,而且聚變反應過程易於控制,既環保又安全,所以有這種原材料做基礎的話
  • 完美能源氦-3,地球只有半噸可用,月球卻有百萬噸
    關於氦-3這種東西,很了解它的人並不多,實際上它是一種無色無味的氦氣同位素氣體,被公認為一種未來將被廣泛應用的核聚變能源燃料,因為氦-3可以和氫的同位素發生核聚變反應,但是與一般的核聚變反應不同,氦-3在聚變過程中不產生中子
  • 研究發現,月球上還有比氦3更重要的東西,它將改變未來太空探索
    經過了我國嫦娥五號的採樣返回任務,我們已經了解到了為什麼我們要大力的發展航天科技,為什麼要去往月球?因為月球上有我們未來想要的東西,它就是氦-3,這是氦元素的一種同位素,比氦元素少了一個中子,沒有放射性,它可以取代氘、氚這兩種元素,使得人類更好、更容易、更安全的實現核聚變反應。
  • 完美能源氦-3,地球只有半噸可用,月球卻有百萬噸,我國已在行動
    關於氦-3這種東西,很了解它的人並不多,實際上它是一種無色無味的氦氣同位素氣體,被公認為一種未來將被廣泛應用的核聚變能源燃料,因為氦-3可以和氫的同位素發生核聚變反應,但是與一般的核聚變反應不同,氦-3在聚變過程中不產生中子,所以放射性小,而且聚變反應過程易於控制,既環保又安全,所以有這種原材料做基礎的話
  • 氦-3是一種清潔核聚變原料,為什麼地球上這麼少,月球上這麼多?
    儘管氦-3是那種傳說中的核聚材料,但地球上卻極為稀少,甚至翻遍整個地球也只能提純半噸,這要比世上絕大部分物質都稀有!但月球卻相對比較豐富,當然並非只有月球上有,在水星上也有!只要是沒有大氣層的天體都會有,但距離太陽越近其沉澱濃度將更高一些!
  • 氦3是未來的清潔能源,為什麼地球上很少,而月球上很多? - 艾伯史密斯
    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。
  • 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?
    當人體吸收的中子束達到一定劑量時,會造成人體損傷甚至死亡)。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。
  • 嫦娥五號將帶回稀有物質,100噸夠全球用一年,多國要去月球開採
    而嫦娥五號登陸了一個比較年輕的月表區域,在那裡可以挖到大約12億年前的月壤,填補月球時間空白,這能讓科學家進一步揭開月球的演化之謎。更為重要的是,嫦娥五號帶回的月壤中還蘊藏著一種極為稀有的能源物質——氦-3。未來,氦-3很有希望解決能源危機問題,推動人類文明又一次突破性發展。
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    ,氦二裡面有兩個質子,而氦三除了有兩個質子之外還有一個中子,氦三是一種非常理想的核燃料,目前人類已經掌握可控核裂變技術,但是核裂變會產生大量的核廢料,這些核廢料會在很長的時間裡都具有危險的放射性。 但是核聚變產生的核廢料就要少很多,放射性危害也要少很多,如果用氦三完成核聚變反應就連中子輻射都沒有所以就更加清潔和安全,。
  • 將來會成為人類重要能源的月球資源「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。
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    有看官會問:可控核聚變是什麼,為啥用它發電?所謂可控核聚變最直接的產物就是氫彈,它是以氫的同位素氘和氚為核爆炸燃料,先由原子彈做「核引信」(核扳機)爆炸之後產生的接近5000萬攝氏度的高溫點燃氘和氚後,形成更大的熱核反應…也就是用核裂變轟擊核材料形成核聚變。
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    除了這些資源外月球上最上科學家覬覦的是儲量巨大的氦三,氦三是氦的一種同位素,一般我們在氣球裡充的氦氣都是氦二,氦二裡面有兩個質子,而氦三除了有兩個質子之外還有一個中子,氦三是一種非常理想的核燃料,目前人類已經掌握可控核裂變技術,但是核裂變會產生大量的核廢料,這些核廢料會在很長的時間裡都具有危險的放射性。
  • 氦三是終極核聚變燃料,假如用氦三,會更容易實現可控核聚變嗎?
    可控核聚變是人類夢寐以求的能源,但即使到現在為止仍然依然在核聚變的門檻外徘徊,似乎有一隻腳已經跳到門檻裡,但距離真正的核聚變永遠都還有五十年!都說月球上氦三資源豐富,是核聚變理想的燃料,那麼將現在正在搗鼓的氘氚核聚變換成氦三,會更容易實現嗎?
  • 你根本就不了解月球:這種能源秒殺地球-月球,地球,能源,氦-3...
    1996年,科學家發現氦-3具有作為核聚變燃料的非凡性能。月球氦3開採基地宏景圖採用氦-3為燃料的核聚變比用氫做燃料進行核聚變還要安全、清潔,效率更高,容易控制,產生的放射性物質微乎其微。因此,即使將氦-3核電站建在鬧市區內也是安全的。
  • 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?
    現代的航天發射成本有多高,大家都是知道的,這一來一回,不知道要花多少錢呢?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。2017年7月3日,位於我國安徽合肥的全超導託卡馬克裝置約束等離子體運行的時長超過了100秒,達到了101.2秒,打破了世界紀錄。
  • 中國將率先探測月球氦-3資源量
    由於月表經常遭受小天體的撞擊,底部的月壤被挖掘覆蓋月表,接受太陽風的注入,使月壤層的氦-3含量比較均勻。根據科學推算,月壤平均每4億年因小天體不斷撞擊從底部到頂部被翻動一次,因此測出月壤層的厚度就可以估算氦-3的資源量。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。
  • 轉載:氦三是終極核聚變燃料,假如用氦三,會更容易實現可控核聚變嗎?
    可控核聚變是人類夢寐以求的能源,但即使到現在為止仍然依然在核聚變的門檻外徘徊,似乎有一隻腳已經跳到門檻裡,但距離真正的核聚變永遠都還有五十年!
  • 月球上有大量核聚變燃料
    本文轉自【科技日報】;提到月球礦藏,氦-3是一個不能不說的東西。 科學家在月壤中發現了氦等放射性物質。經進一步分析鑑定,他們發現月球上存在大量的氦-3。氦-3是一種可長期使用、清潔、安全和高效的核聚變燃料。 地球上的氦-3可謂奇缺。但是,月球卻保存著大約5億噸氦-3,按照目前地球的能源消耗規模,月球上的氦-3用於核聚變發電後能夠滿足人類約1萬年的能源需求。 為什麼月球會有這麼多氦-3呢?
  • 月球上有氦-3,以後真能做到用電自由,不再怕拉閘限電嗎?
    「終極能源」江湖上有一種傳聞,說是月球上有一種東西叫「氦-3」,它是人類未來的終極能源,有了它,我們將有用不完的電,並且電費便宜到不可想像的地步。說起氦-3,你會很自然地想起核聚變,它是一種核聚變燃料。我們知道在太陽的中心時刻都在發生核聚變,因此大家習慣地將正在研製中的核聚變裝置稱為「人造太陽」,意思是它能為我們帶來源源不斷的清潔能源。