科學家發現地球正在漏氣？氦-3是什么？

2023-11-06 21:34:53

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供稿：網友

此前，有報道稱：“科學家發現，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。地核分為內外核，外核是液態，內核推測是固態，主要是由鐵、鎳元素組成的高溫，高密度的固態物質，其溫度可達 4000~6800℃。那么，地核中的氦-3 氣體到底從何而來，為什么科學家會如此關注這件事呢？

氦-3 是什么？

學過化學的朋友都知道，氦氣是一種無色無味，密度很小的單原子氣體，它的化學性質穩定，不容易與其他物質發生化學反應。氦元素在整個元素周期表中排第二位，根據氦原子核內中子數量的不同，又細分成了多種同位素。地球上，絕大多數的氦原子核都是由兩個質子和兩個中子組成，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定結構僅由兩個質子和一個中子組成，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聯呢？

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、不斷旋轉的星云。

學術界普遍認為，地球是在太陽星云向太陽星系轉變的過程中應運而生的，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。在這一發展過程中，地球產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說的有力證明。

氦-3 ——完美的核聚變燃料

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

目前，人類進行的關于核聚變的研究是建立在以氘和氚為核燃料的基礎上的，這兩種核燃料雖然反應條件苛刻，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，會直接轟擊到內壁材料上，材料表面出現大量缺陷，造成內壁損傷，影響材料的力學性能，帶來很嚴重的安全隱患。因此，科學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和生產。

而氦-3 恰恰就是這樣一種近于完美的核燃料，其聚變反應過程不會向外釋放中子，只會釋放帶正電荷的質子。質子在磁場中可以得到有效的磁約束，因此聚變反應的安全性大大提高，不會產生過多的核廢料。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，根本無法投入大規模生產。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 億年的天然衛星，已經被探測到至少擁有 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，月球對人類都有著巨大的吸引力。從上世紀開始，以美國和蘇聯為首的各個國家就開始爭先恐后地向月球發射探索衛星，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識。

2020 年，嫦娥 5 號探測器成功發射，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，開發月球上的資源更是困難重重。關于采集月球氦-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。

相信隨著核工業技術和航空航天事業的發展，對于月球氦-3 等資源的開發一定能夠實現。或許就在不遠的將來，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識必將邁入一個嶄新的階段。

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