通过1克月壤 中国发现氦-3惊喜秘密!核聚变全球可用2600年

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嫦娥五号从月球带回了1731克月壤,已经陆续分配给科研机构,产生了大量成果。

作为中国空间技术研究院的联合研究单位,中科院宁波材料所也借用了1克月壤,寻找月壤中氦-3的提取方法。

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氦-3是氦的一种同位素,在能源、科研、国防安全等领域具有极为重要的价值,比如作为可控核聚变的燃料,其产生的能量是开采所需能量的250倍,是铀-235核裂变反应的12.5倍。

100吨氦-3核聚变产生的能量,就可以让全球使用1年,而且氦-3核聚变不会产生中子二次辐射危险,更清洁、更可控。

另外,氦-3是获得极低温环境的关键制冷剂,是超导、量子计算、拓扑绝缘体等前沿领域的必需材料。

地球上的氦元素主要是氦-4,氦-3储量只有0.5吨左右,但在月球上,氦-3储量惊人,都来自太阳风的辐照。

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近日,中科院宁波材料所、航天五院钱学森实验室、中科院物理所、南京大学等联合团队,在学术期刊《材料未来》(Materials Futures)上发表论文,宣布发现月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃,其极高的稳定性在月球上捕获并保存了丰富的氦-3资源。

据悉,研究人员通过高分辨透射电镜结合电子能量损失谱法,在玻璃层中观测到了大量的氦气泡,直径大约为5-25纳米,且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的界面附近,而在颗粒内部晶体中基本没有氦气泡。

鉴于氦在钛铁矿中的高溶解度,研究人员认为氦原子首先由太阳风注入钛铁矿晶格中,之后在晶格的沟道扩散效应下,逐渐释放出来,而表层玻璃具有原子无序堆积结构,限制了氦原子的释放,因此氦原子被捕获并逐渐储存起来,形成了气泡。

研究表明,只需简单的机械破碎方法,就有望在常温下提取以气泡形式储存的氦-3,不需要加热至高温。

同时,钛铁矿具有弱磁性,可以通过磁筛选与其他月壤颗粒分开,便于在月球上原位开采。

根据估算,月球上的氦-3如果全部用于核聚变,可以满足全球2600年的能源需求。

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年轻的科研团队:后排居中戴蓝色手套者手中捧着的就是1克月壤样品

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