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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球正在漏氣？氦-3是什么？

2023-11-06 21:34:53
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供稿：網(wǎng)友
此前，有報道稱：“科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有一種宇宙大爆炸后形成的氦-3 氣體正不斷地從地核向外部泄漏。”這份報道讓很多人感到詫異。地核分為內(nèi)外核，外核是液態(tài)，內(nèi)核推測是固態(tài)，主要是由鐵、鎳元素組成的高溫，高密度的固態(tài)物質(zhì)，其溫度可達(dá) 4000~6800℃。那么，地核中的氦-3 氣體到底從何而來，為什么科學(xué)家會如此關(guān)注這件事呢？

氦-3 是什么？

學(xué)過化學(xué)的朋友都知道，氦氣是一種無色無味，密度很小的單原子氣體，它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氦元素在整個元素周期表中排第二位，根據(jù)氦原子核內(nèi)中子數(shù)量的不同，又細(xì)分成了多種同位素。地球上，絕大多數(shù)的氦原子核都是由兩個質(zhì)子和兩個中子組成，也就是氦-4 ，其比例占到了地球上所有氦元素的 99.99986%。此外，氦原子核的另一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)僅由兩個質(zhì)子和一個中子組成，稱為氦-3，其含量僅占 0.000137%。

地核中的氦-3 與地球起源有什么關(guān)系？

氦-3 的生成方式有很多，比如，我們可以利用氚的放射性衰變來獲得。不過，氚的半衰期較長，有十二年之久，用這種方式產(chǎn)生氦-3 的效率很低。其實，宇宙中絕大部分氦-3 都來自于 138 億年前的宇宙大爆炸。它與地球起源有什么關(guān)聯(lián)呢？

宇宙中的星云是由氣體和塵埃組成的，大部分是氫氣，其次是氦氣，還有其他金屬和非金屬元素。太陽系的前身正是一團體積龐大、不斷旋轉(zhuǎn)的星云。

學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，地球是在太陽星云向太陽星系轉(zhuǎn)變的過程中應(yīng)運而生的，它不斷聚合那些飄浮在星云中的巖石和塵埃，然后擠壓成形。在這一發(fā)展過程中，地球產(chǎn)生的引力將星云中的氣體吸引到地球周圍，漂浮在太陽系中的氦-3 也順理成章地被帶入到了地球內(nèi)核之中。

此次在地核中偵測到不斷向外泄漏的氦-3 就是這一地球起源學(xué)說的有力證明。

氦-3 ——完美的核聚變?nèi)剂?/strong>

科學(xué)家對氦-3 氣體如此關(guān)注，不僅是因為這種氣體極其稀有，更重要的是氦-3 本身還是一種開發(fā)潛力巨大的能源。

目前，人類進行的關(guān)于核聚變的研究是建立在以氘和氚為核燃料的基礎(chǔ)上的，這兩種核燃料雖然反應(yīng)條件苛刻，但是它們在地球上的儲量可觀，且釋放的能量大，受到了科學(xué)家們的青睞。

美中不足的是，氘和氚聚變過程中會釋放出大量的中子，這些中子本身不帶電荷，無法被磁場所束縛。這些中子帶有極高的能量，會直接轟擊到內(nèi)壁材料上，材料表面出現(xiàn)大量缺陷，造成內(nèi)壁損傷，影響材料的力學(xué)性能，帶來很嚴(yán)重的安全隱患。因此，科學(xué)家們希望能找到一種更安全的核燃料來推進核能源的開發(fā)和生產(chǎn)。

而氦-3 恰恰就是這樣一種近于完美的核燃料，其聚變反應(yīng)過程不會向外釋放中子，只會釋放帶正電荷的質(zhì)子。質(zhì)子在磁場中可以得到有效的磁約束，因此聚變反應(yīng)的安全性大大提高，不會產(chǎn)生過多的核廢料。只可惜地球上的氦-3 含量太少，已探明可供人類開采的儲量僅僅只有 500 千克左右，根本無法投入大規(guī)模生產(chǎn)。難道人類注定要與這種理想的核燃料擦肩而過嗎？

答案在月球

月球，這個陪伴了地球 45 億年的天然衛(wèi)星，已經(jīng)被探測到至少擁有 100 萬噸的氦-3 儲量。以目前的資源消耗水平來推算，這些儲量足夠人類使用 1 萬年之久！

一直以來，月球?qū)θ祟惗加兄薮蟮奈?。從上世紀(jì)開始，以美國和蘇聯(lián)為首的各個國家就開始爭先恐后地向月球發(fā)射探索衛(wèi)星，特別是美國曾先后多次從月球帶回土壤樣本進行研究，極大地提高了人類對月球的認(rèn)識。

2020 年，嫦娥 5 號探測器成功發(fā)射，首次完成對月球的自動采樣返回工作，帶回了 1731 克月球土壤。通過對這些土壤的研究，我們對如何提取月壤中豐富的氦-3 資源有了更多的想法。

然而，時至今日，人類才剛剛揭開月球的面紗而已，開發(fā)月球上的資源更是困難重重。關(guān)于采集月球氦-3 的方法也僅僅是《太陽的距離》這部科幻小說里面的一個猜想罷了。

相信隨著核工業(yè)技術(shù)和航空航天事業(yè)的發(fā)展，對于月球氦-3 等資源的開發(fā)一定能夠?qū)崿F(xiàn)?；蛟S就在不遠(yuǎn)的將來，在月球與地球之間，來來往往的宇宙飛船正向人類輸送著豐富的氦-3 資源，到那時，人類對于宇宙的探索和認(rèn)識必將邁入一個嶄新的階段。

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