月球土壤,将是未来核聚变的潜在原材料,嫦娥五号功不可没

我国的嫦娥五号探测器于2020年11月24日 , 在海南文昌发射场 , 由长征五号遥五运载火箭成功发射 , 实现了区域软着陆以及采集月壤样本返回的既定目标 , 在2020年12月份成功返回地球 , 标志着我国嫦娥探月工程“绕、落、回”三步走的目标如期顺利完成 。
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嫦娥五号探测器携带着光学相机、矿物光谱阐发仪、采样剖面测温仪、月壤气体分析仪等仪器设备 , 可以实时对着陆区域的月球环境以及月壤基本特性进行测试分析 , 除此之外还搭载着岩芯钻探机和机器取样器等设备 , 在着陆后没多久就“马不停蹄”地开展了月球地表钻探工作 , 一共采集了1.73公斤的月壤样本 。 此后 , 自动完成了样本封装、着陆器上升、与轨道器对接、样本转移等工序 , 成功将这些月球样本带回地球 。
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按照计划 , 我国将对采集回来的月壤样本进行长期、系统地实验研究 , 主要包括月壤的结构和特性、物质组成、形成演化过程分析、宇宙辐射和太阳风对月球的作用等等 , 进而深入研究月球的形成原因以及演化历史 。 在2021年的7月份 , 我国一共向13家研究机构发发了第一批31个月壤样本 , 总重量为17.47克 。
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在对月壤进行分析和研究的诸多领域中 , 其中有一项尤其受到关注 , 那就是将月球土壤作为核聚变动力的潜在来源 。 众所周知 , 目前人类利用核能的方式 , 主要还是以核裂变为主 , 虽然通过核裂变产生的能量也是一种清洁能源 , 但由此而产生的大量核废料 , 仍然是一种潜在的长期污染因素 , 而且在操作不当、地质运动等突发事件发生时 , 核电站还极有可能泄露甚至爆炸 , 严重威胁人类以及生态系统安全 。
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所以 , 现在一些国家包括我国在内 , 都在大力研究利用核聚变来发电的技术 , 也就是说“人造太阳” , 这是目前人类能够利用核能最为清洁的一种方式 。 在研发过程中 , 目前大多都选择氘和氚这两种氢的同位素作为“原材料” , 在地球特别是海水中的含量十分丰富 。 不过 , 与氦3相比 , 氘和氚的能源偿还比例相差得太多 , 而且氦3与氘进行聚变反应时不会产生辐射 , 所以目前氦3已经成为世界公认的非常高效、清洁和安全的核聚变材料 。
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但是 , 地球上的氦3含量非常少 , 总量还不到1吨 , 可供人类开采的甚至不足500公斤 。 而月球上的氦3就相对丰富得多 , 从采集回来的月壤成分比例可以推测出 , 月球上的氦3 , 仅能够开采和利用的就达到100万吨之多 , 按照能量转化比率看 , 100吨的氦3就能满足全球1年的能源需求 , 也就说月球上的氦3如果能够有效利用 , 地球上的能源需求至少可以满足1万年 , 能源危机就此完全可以化解了 。
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只不过 , 核聚变的研究 , 目前还处于探索和起步阶段 , 还有很多的瓶颈问题需要破解 , 一旦实现突破 , 那么月球将成为地球能源的“后花园” , 在上面开采氦3资源 , 也估计会成为未来几十年内的一场太空资源争夺的前线 。
北京地质研究所获得了50毫克的月壤样本 , 目前正在使用专门设计的设备 , 来确定月壤样本中氦的含量 。 在研究的过程中 , 盛放样本的容器会不断给样本进行加热 , 温度直达1000摄氏度 , 据此来探测分析月壤中氦3的含量以及对氦3进行提取的一些环境参数 , 比如什么温度下能够高效地提取氦3 。