氦-3,每噸價(jià)值200億元,為何月球有上千萬(wàn)噸,而地球只有1噸?
- 發(fā)布時(shí)間:2023-01-06
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1、在核聚變反應(yīng)過(guò)程中,較輕的原子核會(huì)聚合成較重的原子核,并因?yàn)橘|(zhì)量的損失而釋放出大量的能量,與核裂變相比,核聚變的質(zhì)能轉(zhuǎn)換率更高,并且其所需的核燃料也在宇宙中廣泛存在,所以如果人類(lèi)掌握了可控核聚變,那就相當(dāng)于擁有了幾乎用之不盡的能量。由于直接進(jìn)行氫原子核(即質(zhì)子)的核聚變反應(yīng)所需要的條件太高,因此人類(lèi)暫時(shí)還只能從更重的原子核入手,而在可選的核聚變?nèi)剂现?,?3(He-3)可以說(shuō)是最完美的了。目前人類(lèi)正在研究的是氘(D)和氚(T)的核聚變,氘氚聚變的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件相對(duì)較低、釋放的能量高、反應(yīng)所需核燃料相對(duì)比較容易獲取,但缺點(diǎn)是這種反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的中子。(注:氘和氚都是氫的同位素,氘原子核由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子構(gòu)成,氚原子核由一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成)
2、因?yàn)橹凶硬粠щ?,所以沒(méi)有辦法進(jìn)行磁約束,這樣就會(huì)造成核聚變裝置的內(nèi)壁會(huì)持續(xù)遭到中子的轟擊,因此需要不斷地更換內(nèi)壁,而換下來(lái)的材料也可能會(huì)因?yàn)榫邆浞派湫远兂伞昂藦U料”,從而導(dǎo)致核聚變裝置的成本高昂,而且還不容易控制。需要注意的是,雖然第3種反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生中子,但在反應(yīng)過(guò)程中,核燃料中氘和氘卻可能發(fā)生核聚變(即第2種反應(yīng)),這就可能會(huì)產(chǎn)生中子,相比之下,第5種反應(yīng)不但釋放的能量高,并且還絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生中子,所以第5種反應(yīng)才是最理想的,也正因?yàn)槿绱?,?3才被認(rèn)為完美的核聚變?nèi)剂稀?/span>氦-3好是好,但地球上的氦-3卻少得可憐,根據(jù)科學(xué)家的估算,地球上已知的氦-3儲(chǔ)量只有500公斤左右,也就是半噸,這也導(dǎo)致了氦-3非常昂貴,大概每噸價(jià)值30億美元。
3、不過(guò)好消息是,探測(cè)數(shù)據(jù)表明,月球表面就存在著大量的氦-3,初步估計(jì)其儲(chǔ)量有上百萬(wàn)噸,是地球氦-3儲(chǔ)量的200萬(wàn)倍,按照人類(lèi)目前的能量消耗水平,這些氦-3可供全人類(lèi)使用1萬(wàn)年之久。相信大家在感到欣慰之余,不免也對(duì)此感到有些忿忿不平。為何月球有上百萬(wàn)噸氦-3,而地球只有半噸?我們知道,太陽(yáng)的光和熱其實(shí)也是來(lái)自于核聚變反應(yīng),在太陽(yáng)這樣的恒星內(nèi)部,其核聚變反應(yīng)主要是“質(zhì)子﹣質(zhì)子鏈反應(yīng)”。
4、由此可見(jiàn),太陽(yáng)內(nèi)部其實(shí)一直在產(chǎn)生氦-3原子核,現(xiàn)在重點(diǎn)來(lái)了,這些氦-3原子核并不會(huì)全部都參與到“質(zhì)子﹣質(zhì)子鏈反應(yīng)”的第3步之中,它們中的一少部分會(huì)通過(guò)太陽(yáng)的輻射層和對(duì)流層來(lái)到太陽(yáng)表面,并最終隨著“太陽(yáng)風(fēng)”一起離開(kāi)太陽(yáng)。太陽(yáng)風(fēng)其實(shí)就是太陽(yáng)發(fā)出的高速帶電粒子流,其速度很快(初速度可達(dá)每秒鐘數(shù)百公里),影響范圍可以高達(dá)120天文單位,而月球與太陽(yáng)的平均距離僅有1天文單位,因此就會(huì)遭到太陽(yáng)風(fēng)的猛烈轟擊,久而久之,太陽(yáng)風(fēng)中的氦-3就在月球表面“堆積”起來(lái)了。