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世界上有用氦3燃料發(fā)電的國(guó)家嗎

月壤氦3很多但地球面積比月球大的多,磁場(chǎng)也強(qiáng)。那么噴射到地球的氦3去哪兒了呢?

是從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,包括中國(guó)、以色列、日本、印度等國(guó)家在內(nèi),人類掀起了新一輪的探月高潮,在這次探月高潮中,有一種神秘的元素成為世人共同的目標(biāo),它就是——氦-3 氦-3是氦的同位素,含有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。氦-3原本大量存在于太陽(yáng)噴射出來(lái)的高能粒子流——太陽(yáng)風(fēng)中。在幾乎沒(méi)有大氣的月球上,太陽(yáng)風(fēng)直接落到月球表面,日積月累,在月面的沙粒、巖石中,氦-3的含量越積越多,成了月壤重要的組成部分。 氦-3最吸引人類的就是它作為能源材料的優(yōu)秀“潛質(zhì)”。氘和氦-3可以進(jìn)行核聚變,這種聚變不產(chǎn)生中子,所以放射性小,而且反應(yīng)過(guò)程易于控制,可算是既無(wú)污染又安全。氦-3不僅可用于地面核電站,而且特別適合作為火箭

氦3是什么

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,包括中國(guó)、以色列、日本、印度等國(guó)家在內(nèi),人類掀起了新一輪的探月高潮,在這次探月高潮中,有一種神秘的元素成為世人共同的目標(biāo),它就是——氦-3 氦-3是氦的同位素,含有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。氦-3原本大量存在于太陽(yáng)噴射出來(lái)的高能粒子流——太陽(yáng)風(fēng)中。在幾乎沒(méi)有大氣的月球上,太陽(yáng)風(fēng)直接落到月球表面,日積月累,在月面的沙粒、巖石中,氦-3的含量越積越多,成了月壤重要的組成部分。 氦-3最吸引人類的就是它作為能源材料的優(yōu)秀“潛質(zhì)”。氘和氦-3可以進(jìn)行核聚變,這種聚變不產(chǎn)生中子,所以放射性小,而且反應(yīng)過(guò)程易于控制,可算是既無(wú)污染又安全。氦-3不僅可用于地面核電站,而且特別適合作為火箭和

月球數(shù)十億年積聚的氦-3可以滿足人類源源不斷的需求嗎?

不一定,氦-3發(fā)電主要是通過(guò)核聚變方式。可控核聚變的攻克,將在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的階段解決人類能源危機(jī)問(wèn)題,將是人類從石油文明走向核能文明的標(biāo)志,是人類文明的一次重大突破。



目前世界上可控核聚變正在公關(guān),但進(jìn)展并不快,還只能在實(shí)驗(yàn)中短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)超高溫等離子體的約束,還有太多的難題需要世界各國(guó)合作攻克。有科學(xué)家預(yù)測(cè),可控核聚變有可能在2015年左右進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行,2050年廣泛的造福于人類。這個(gè)預(yù)測(cè)并不是很精確的,還有很多變數(shù)。因此在核聚變發(fā)電沒(méi)有實(shí)現(xiàn)之前,過(guò)早的開(kāi)采月球的氦-3實(shí)在沒(méi)有必要。況且可控核聚變的原材料并不一定非要使用月球上的氦-3。



核聚變能利用的燃料是氘核氚,海水中就大量存在,1升海水中就有1.03×10^22個(gè)氘原子,可產(chǎn)生300公升汽油的能量,每1立方公里海水中氘原子所具有的潛在能量相當(dāng)于燃燒13600億桶原油的能量,所以地球可聚變能源是取之不盡用之不竭的。所以即使開(kāi)始了可控核聚變發(fā)電的商業(yè)運(yùn)行,也不一定要采用月球上的氦-3,到了那個(gè)時(shí)代,就看那種原料的成本低了。



從現(xiàn)在看來(lái),開(kāi)采月亮氦-3資源的成本還是個(gè)天文數(shù)字,無(wú)法估量。月壤中富含氦-3,但我沒(méi)有查到氦-3在月壤中到底具有多少含量,只知道大約總量在100-500萬(wàn)噸,100噸就夠人類一年發(fā)電使用,所以月球上的氦-3可供人類使用10000年以上。根據(jù)某些資料介紹,每提取1噸氦-3,還能夠得到約6300噸的氫、70噸的氮和1600噸碳,這說(shuō)明提煉1噸氦-3至少需要月壤數(shù)萬(wàn)噸吧,我們總不能把成千上萬(wàn)噸的月壤運(yùn)到地球上來(lái)吧。

這就必須在月球上把氦-3提煉出來(lái),才能運(yùn)回地球使用。提取是一個(gè)及其復(fù)雜的過(guò)程,首先要將月壤加熱到700攝氏度以上,才能從中提出到氦-3。


要提取氦-3,就必須在月球上建立基地,這談何容易。迄今為止,人類還只有美國(guó)在上世紀(jì)實(shí)現(xiàn)了載人登月,其他幾個(gè)航天國(guó)家,包括中國(guó),上月球還只能派出無(wú)人探測(cè)器。太空運(yùn)輸成本及其高昂,據(jù)說(shuō)航天飛機(jī)運(yùn)送1公斤物質(zhì)到太空站需要花費(fèi)2.2萬(wàn)美元。太空站距地表只是400公里,而月球距離我們38萬(wàn)公里。

而且登陸月球的難度完全不能用距離疊加來(lái)計(jì)算,即使要運(yùn)回1公斤的月壤,也要花費(fèi)天價(jià)。所以現(xiàn)在開(kāi)采和運(yùn)送氦-3回地球還完全是個(gè)不切實(shí)際的空想。

美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施載人重返月球計(jì)劃,2020年開(kāi)始實(shí)施,計(jì)劃中就含有建立月球永久基地的內(nèi)容。開(kāi)始用機(jī)器人建設(shè),建成必要的生活設(shè)施后開(kāi)始派人常駐,漸漸形成永久基地生態(tài)循環(huán)能力,再開(kāi)始進(jìn)行一些生產(chǎn)活動(dòng)。

氦3在宇宙中存在哪些星球?

根據(jù)目前的科學(xué)觀測(cè),月球上存在著大量氦-3。

氦-3的巨大應(yīng)用前景以及登月計(jì)劃:

月球是解決地球能源危機(jī)的理想之地,“氦-3”是一種如今已被世界公認(rèn)的高效、清潔、安全、廉價(jià)的核聚變發(fā)電燃料。根據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)表明,10噸氦-3就能滿足我國(guó)全國(guó)一年所有的能源需求,100噸氦-3便能提供全世界使用一年的能源總量。但氦-3在地球上的蘊(yùn)藏量很少,人類已知的容易取用的氦-3全球僅有500千克左右。而根據(jù)人類已得出的初步探測(cè)結(jié)果表明,月球地殼的淺層內(nèi)竟含有上百萬(wàn)噸氦-3。如此豐富的核燃料,足夠地球人使用上萬(wàn)年。我國(guó)探月工程的一項(xiàng)重要計(jì)劃,就是對(duì)月球氦-3含量和分布進(jìn)行一次由空間到實(shí)地的詳細(xì)勘察,為人類未來(lái)利用月球核能奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。



月球上氦-3發(fā)電夠全人類用上萬(wàn)年,為什么不運(yùn)回地球?

技術(shù)問(wèn)題。雖然月球上的氦3很容易提取,但就目前的技術(shù)而言,登月、建廠提純、運(yùn)輸這一系列工作還很難實(shí)現(xiàn),或者說(shuō)需要投入極大的人力物力。在目前氦3還沒(méi)有成功進(jìn)行可控?zé)岷朔磻?yīng)的情況下,沒(méi)有國(guó)家愿意投入這么多去做這件短期內(nèi)看不到明顯效益的事情。

個(gè)人認(rèn)為人類現(xiàn)在之所以不將月球的氦3運(yùn)回地球,主要原因就是這些。答案:因?yàn)槔煤?3來(lái)發(fā)電根本就是一個(gè)偽命題

目前所有的核電站都是通過(guò)重核裂變的形式發(fā)電的,在裂變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的核廢料處理起來(lái)相當(dāng)麻煩。而通過(guò)氦元素的同位素氦3作為核聚變發(fā)電的原材料,能夠產(chǎn)生比鈾235裂變高幾倍的能量,同時(shí)氦3作為聚變?cè)牧喜粫?huì)產(chǎn)生中子,也就是不會(huì)產(chǎn)生核輻射,并且嫦娥二號(hào)已經(jīng)探測(cè)到月球的氦3儲(chǔ)備有上百萬(wàn)噸,100噸相當(dāng)于全球一年的能源總和,那么月球上的氦3可以供人類使用1萬(wàn)年的時(shí)間。無(wú)污染、儲(chǔ)量大、能源效率高,理論上來(lái)說(shuō)這簡(jiǎn)直是完美的原材料,但實(shí)際上氦3想要發(fā)電是完全不可能的。

氦3+氘核反應(yīng)產(chǎn)生氦4+質(zhì)子,這是氦3聚變的基本原理,而實(shí)際上在核聚變中如果將原材料氦3和氘核混合在一起,首先進(jìn)行的是氘-氘核聚變反應(yīng),因?yàn)樵雍巳绻麕щ姾稍蕉?,那么原子核之間產(chǎn)生的庫(kù)倫斥力就越大,所以一定是原子核所帶電荷越小的原子核越容易發(fā)生反應(yīng),氘質(zhì)子數(shù)是1,而氦3的質(zhì)子數(shù)是2。在受控核聚變中,一定是氘-氘核聚變反應(yīng)需要的溫度更低,反應(yīng)條件更寬松;氘-氦核聚變反應(yīng)需要的溫度更高。

這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題,在托卡馬克裝置升溫的過(guò)程中氘核會(huì)自己先發(fā)生聚變反應(yīng)將原材料耗盡,最后只剩下氦3,而氦-氦核聚變反應(yīng)原子核之間的斥力非常大,沒(méi)有足夠的反應(yīng)截面積,達(dá)不到反應(yīng)速率,無(wú)法進(jìn)行核聚變反應(yīng)。

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