重點(diǎn)聚焦!嫦娥五號(hào)月壤研究有新發(fā)現(xiàn) 有望實(shí)現(xiàn)常溫下提取氦-3

研究人員在玻璃層中觀測(cè)到了大量的氦氣泡，直徑大約為5～25nm，且大部分氣泡都位于玻璃層與晶體的界面附近。而在顆粒內(nèi)部晶體中，基本沒有氦氣泡。鑒于氦在鈦鐵礦中的高溶解度，研究人員認(rèn)為氦原子首先由太陽風(fēng)注入鈦鐵礦晶格中，之后在晶格的溝道擴(kuò)散效應(yīng)下，氦會(huì)逐漸釋放出來。而表層玻璃具有原子無序堆積結(jié)構(gòu)，限制了氦原子的釋放，被捕獲并逐漸儲(chǔ)存起來，形成了氣泡。

氦-3作為氦的一種同位素，在能源、科學(xué)研究等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。100噸氦-3核聚變產(chǎn)生的能量即可供應(yīng)全球使用1年，且氦-3核聚變過程無中子二次輻射危險(xiǎn)，更加清潔和可控。另外，氦-3是獲得極低溫環(huán)境的關(guān)鍵制冷劑，是超導(dǎo)、量子計(jì)算、拓?fù)浣^緣體等前沿研究領(lǐng)域的必需物質(zhì)。然而，地球上氦元素主要是氦-4，氦-3儲(chǔ)量只有0.5噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足現(xiàn)有需求。

相關(guān)資料圖

氦-3是太陽風(fēng)的重要成分，月球由于常年受太陽風(fēng)的輻照，儲(chǔ)存了大量氦-3。但是為什么月球具有豐富的戰(zhàn)略資源氦-3？氦-3在月球上是以什么形式儲(chǔ)藏的？這些問題還沒有明確的答案。探索月球資源，特別是氦-3的含量、分布和開采，已經(jīng)成為當(dāng)前國際深空探測(cè)的必然趨勢(shì)和主要任務(wù)。以往研究認(rèn)為氦-3溶解在月壤顆粒中，提取氦-3受擴(kuò)散速率限制，需要700℃以上的高溫，不但耗能較高，而且速度慢，不利于在月球上原位開采。

科研團(tuán)隊(duì)最新研究表明，通過機(jī)械破碎方法有望在常溫下提取氣泡形式儲(chǔ)存的氦-3，不需要加熱至高溫。而且，鈦鐵礦具有弱磁性，可以通過磁篩選與其他月壤顆粒分開，便于在月球上原位開采。根據(jù)月球上鈦鐵礦總量估算，以氣泡形式儲(chǔ)藏的氦-3總量或高達(dá)26萬噸，如果全部用于核聚變，可以滿足全球2600年的能源需求。這些結(jié)果不但為月球上氦-3的富集機(jī)理提供了新的見解，也為未來月球氦-3的原位開采利用奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)探尋月球資源的有效利用路徑具有重要意義。