氦-3：月球上富含的新能源

按照人类社会目前的发展速度，有人预计，地球上的煤炭还够开采使用100多年，石油和天然气还够开采使用70年，而核电需要的铀矿则仅够再使用50年，地球的不可再生化石能源必将耗尽是难以避免的。“不过不用杞人忧天，”中国科学院院士、中国月球探测计划首席科学家欧阳自远说，“根据‘嫦娥一号’的探测数据，作为可控核聚变发电的燃料氦-3，月球上的资源量至少有100万吨，转化成核能后足够地球人类社会的持续发展使用近万年！”

欧阳自远介绍说，在对“嫦娥一号”探月卫星微波数据进行了一年多的分析后，香港科技大学与北京天文台的合作团队公布了这样一个令人振奋的科研成果。

氦-3是月球土壤中富含的一种稀有气体，是由太阳风直接注入月球表面的月壤层，并由月壤的颗粒所吸附，是一种可控核聚变发电的燃料。在当今世界能源紧缺的大背景下，从上世纪90年代开始的又一轮探月浪潮中，氦-3就成为各国关注的焦点。我国“嫦娥一号”设定的科学目标中，也明确有这样一项研究重点：探测月壤特性，研究月壤的厚度及分布，估算氦-3的资源分布及资源量。

利用微波探测仪，“嫦娥一号”出色地完成了这一任务。“微波的穿透力很强，可以深入数米至十多米深的月壤，立体地记录各个位置及深度的亮度温度资料。”欧阳自远说，“大量的分析研究工作证明，月壤层中氦－3的含量比较稳定，因此我们只需要测得月壤层的厚度，就能基本估算出氦－3的资源量与分布特征。”

根据“嫦娥一号”微波辐射计对全月球表面探测的月壤各种特性的原始数据，计算全月球表面白昼与黑夜的亮度温度分布，估算出全月球月壤层厚度的分布，从而估算氦－3的资源量与分布。香港科技大学的科研团队经过研究，首次发现月壤中有200个深层微波黑点。这些黑点晚间温度为－150℃，比周边低10℃以上，而日间温度却比周边高，温差极大，“这显然指示了某种特殊物质的存在。”香港科技大学数学系教授陈炯林说。根据以前的科研结论，这些“黑点”的大温差特性与金属钛吻合，“月球上氦－3常与钛元素同在。由此我们推测，这200多个黑点周围可能有更多的氦－3。”

另外，由于“黑点”主要分布在月壤表层向下10米左右的地方，所以可以断定，氦－3主要存在于10米深左右的月壤中。

根据从月壤标本分析得出的氦－3含量，以及微波探测仪显示的10米以下的月壤厚度，最终，科研团队推算出：月球上的氦－3储量在100万吨左右。

全地球土壤中的氦－3存量只有15吨左右，为什么月球上的氦－3数量却有100万吨呢？科学研究表明，造成这种差异的原因主要是太阳风到达不同天体表面的难易程度不同。太阳喷射出来的高速粒子流，携带有大量的氦－3粒子，是氦－3的重要来源。当太阳风吹向地球时，由于地球外围的磁层、电离层、大气层和地球磁场的影响，太阳风无法完全进入地球表面，只有极少量氦－3进入地球土壤，其余大部分散发到太空中；而月球上几乎没有磁层、电离层、大气层和内部磁场的影响，太阳风直接吹到月球表面，氦－3被月面月壤中的颗粒吸附，日积月累，氦－3的含量越积越多，从而成为月壤重要的组成部分。

“不要小看这100万吨氦－3。”欧阳自远说，“根据测算，若可控核聚变发电得以实现，中国一年的发电总量只需要8吨氦－3；美国一年所需要的电量，也只要消耗25吨氦－3。以此推算，全世界一年大约100吨氦－3就够了。”

氦－3还是世界上最安全、最清洁、最高效的能源。我们都知道，核反应有两种：裂变和聚变。目前核电厂一般采用核裂变发电，铀等放射性元素不仅会产生很多核废料，而且如果在反应炉中发生不稳定变化，还会带来很大的安全隐患。目前核聚变的主要原料是重氢，即氘和氚，氚是放射性核素，大量使用不安全；氘和氚反应后，产生中子，不利于安全防护。如果用氦－3代替氚作为核聚变燃料发电，氦－3是稳定的核素，很安全，氘与氦－3反应后释放出来的是质子，有利于安全防护和控制，将可大大降低危险性。

欧阳自远说，目前，科学家们已经提出了各种技术流程和解决方案，以便将月球上的氦－3提取、富集和运回地球，所以“氦－3将是人类下一个重要的可控核聚变发电的能量原料，它将可以为人类社会提供长达上万年的能量需求。而不到1万年，相信我们的科技水平早已发达到足以探索找到新的能源了！”