将来会成为人类重要能源的月球资源“氦3”
罗昆安
随着人类的文明进步,人类对能源的需求也日益增长。据科学家测算,按目前发展的速度,有可能在100年的时光就会耗尽地球上的石油、天然气和煤等燃料资源。目前,世界各国都已把节约使用目前的传统能源和开发利用新型能源作为战略步骤,如我们比较熟悉的近期重点发展的新能源有:太阳能、风能、生物质能、核能、地热能、氢能、海洋能等。在这里为大家介绍一种在远期可能成为地球重要能源的物资,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。根据一些科学家的看法,正是氦-3有可能成为人类将来首选的发电能源。
氦-3的储量在整个地球上最多只有500公斤,可是在月球的土壤里储量丰富。中国“嫦娥一号”的科学目标第三条明确指出了这一研究重点:探索月壤的特性,研究月壤的厚度,估算氦-3的资源量。在对“嫦娥一号”探月卫星微波数据进行一年多的分析后,香港科技大学与北京天文台的合作团队公布了月壤研究的发现,“月壤(月球土壤)的氦-3 (He-3)存量预计达100万吨,转化成核能后足够地球使用千年以上。除此之外,氦-3还好在是一种绝对清洁的燃料,如果让“氦-3”和海水中很丰富的“氘”发生聚变反应,将能产生庞大的电能,而在反应过程不会产生任何放射性废料。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。
中国科学院院士、我国探月工程首席科学家欧阳自远在一次学术报告会上透露,我国在世界上首次通过探测月表微波特性并估算全月球月壤厚度,从而可以较为准确地获得将为地球提供可持续发展能源氦-3的资源量和分布特征。 欧阳自远认为,如果把氦-3作为可控核聚变能源燃料,它将有可能成为解决今后地球人类长期能源发展需求的重要原料。如果在30年或50年后,可实现可控核聚变发电商业化,氦-3作为可控核聚变能源燃料,它将是人类社会长期的、稳定的、安全的、清洁的、廉价的燃料资源,氦-3资源将有可能成为解决今后地球人类长期能源发展需求的重要原料。
至于如何把氦-3从月球拿回来,科学家也有了设想:第一步是要开展资源勘查工作,看月球表面什么地方氦-3最集中。只有在此之后才能进行试验性的开采并考虑在月球上建工厂。首先,需要专门的机械去收集月球表面上的土,再将在些土加热至比如说600度之后,就会分离出气体氦,然后从氦分离出它的同位素——氦-3。下一步就得将氦-3气体液化,以便于运输。最后一步是将液化的氦-3用航天飞机运回地球。一般来说,航天飞机一昼夜便能一次性将20吨氦-3运回地球。全球每年所需能量原料只需航天飞机飞四五次(2.5—3亿美元/次),所以月壤中的氦-3具有巨大的开发利用前景。虽说开采和运输氦-3的方案非常复杂,需要花费很大的劳动力,而且耗资巨大,但确是可以实现的。据科学家计算,利用月球开发的氦-3发电的成本只是现在核电站发电成本的1/10。
目前氦-3的开发利用已受到世界不少国家的关注,美国某电视台曾报道说:“美国、中国、俄罗斯、印度和日本等世界各国纷纷进行探月竞争的原因是为了确保被认为是下一代核聚变发电燃料的‘氦-3’。”美国工学专刊《大众机械》(Popular Mechanics)也在发行的刊物中报道说:“美国宇航局(NASA)计划在月球建设有人基地是为了采集‘氦-3’”。
以我们人类现有的技术和能力,目前还无法做到用氦-3来作为人类使用的能源,比如说:目前大规模受控核聚变的技术尚不具备等。因此,有些国外的科学家认为:要实现这个目标需要联合世界上的最好科研力量,当然也还需要足够的资金支持。