什么？地球漏氣了？
審核專(zhuān)家：甘強(qiáng)
北京理工大學(xué)講師，應(yīng)用化學(xué)博士
此前，有報(bào)道稱(chēng)：“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?！边@份報(bào)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(cè)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(lái)，為什么科學(xué)家會(huì)如此關(guān)注這件事呢？
氦-3是什么？
學(xué)過(guò)化學(xué)的朋友都知道，氦氣是一種無(wú)色無(wú)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(gè)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(gè)質(zhì)子和兩個(gè)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(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子組成，稱(chēng)為氦-3，其含量?jī)H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(lái)獲得。不過(guò)，氚的半衰期較長(zhǎng)，有十二年之久，用這種方式產(chǎn)生氦-3的效率很低。其實(shí)，宇宙中絕大部分氦-3都來(lái)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(yáng)系的前身正是一團(tuán)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(yáng)星云向太陽(yáng)星系轉(zhuǎn)變的過(guò)程中應(yīng)運(yùn)而生的，它不斷聚合那些漂浮在星云中的巖石和塵埃，然后擠壓成形。在這一發(fā)展過(guò)程中，地球產(chǎn)生的引力將星云中的氣體吸引到地球周?chē)?/strong>，漂浮在太陽(yáng)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(cè)到不斷向外泄漏的氦-3就是這一地球起源學(xué)說(shuō)的有力證明。
氦-3——完美的核聚變?nèi)剂?/strong>
科學(xué)家對(duì)氦-3氣體如此關(guān)注，不僅是因?yàn)檫@種氣體極其稀有，更重要的是氦-3本身還是一種開(kāi)發(fā)潛力巨大的能源。
目前，人類(lèi)進(jìn)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?cè)诘厍蛏系膬?chǔ)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(guò)程中會(huì)釋放出大量的中子，這些中子本身不帶電荷，無(wú)法被磁場(chǎng)所束縛。這些中子帶有極高的能量，會(huì)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(lái)很?chē)?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(lái)推進(jìn)核能源的開(kāi)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(guò)程不會(huì)向外釋放中子，只會(huì)釋放帶正電荷的質(zhì)子。質(zhì)子在磁場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生過(guò)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(lèi)開(kāi)采的儲(chǔ)量?jī)H僅只有500千克左右，根本無(wú)法投入大規(guī)模生產(chǎn)。難道人類(lèi)注定要與這種理想的核燃料擦肩而過(guò)嗎？
答案在月球
月球，這個(gè)陪伴了地球45億年的天然衛(wèi)星，已經(jīng)被探測(cè)到至少擁有100萬(wàn)噸的氦-3儲(chǔ)量。以目前的資源消耗水平來(lái)推算，這些儲(chǔ)量足夠人類(lèi)使用1萬(wàn)年之久！
一直以來(lái)，月球?qū)θ祟?lèi)都有著巨大的吸引力。從上世紀(jì)開(kāi)始，以美國(guó)和蘇聯(lián)為首的各個(gè)國(guó)家就開(kāi)始爭(zhēng)先恐后地向月球發(fā)射探索衛(wèi)星，特別是美國(guó)曾先后多次從月球帶回土壤樣本進(jìn)行研究，極大地提高了人類(lèi)對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。
2020年，嫦娥5號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射，首次完成對(duì)月球的自動(dòng)采樣返回工作，帶回了1731克月球土壤。通過(guò)對(duì)這些土壤的研究，我們對(duì)如何提取月壤中豐富的氦-3資源有了更多的想法。
然而，時(shí)至今日，人類(lèi)才剛剛揭開(kāi)月球的面紗而已，開(kāi)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(yáng)的距離》這部科幻小說(shuō)里面的一個(gè)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(duì)于月球氦-3等資源的開(kāi)發(fā)一定能夠?qū)崿F(xiàn)?；蛟S就在不遠(yuǎn)的將來(lái)，在月球與地球之間，來(lái)來(lái)往往的宇宙飛船正向人類(lèi)輸送著豐富的氦-3資源，到那時(shí)，人類(lèi)對(duì)于宇宙的探索和認(rèn)識(shí)必將邁入一個(gè)嶄新的階段。
