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

時間:2022-06-12 05:33:47 來源: 央視網(wǎng)


研究人員在玻璃層中觀測到了大量的氦氣泡,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,研究人員認為氦原子首先由太陽風注入鈦鐵礦晶格中,之后在晶格的溝道擴散效應下,氦會逐漸釋放出來。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,被捕獲并逐漸儲存起來,形成了氣泡。

氦-3作為氦的一種同位素,在能源、科學研究等領(lǐng)域具有重要應用價值。100噸氦-3核聚變產(chǎn)生的能量即可供應全球使用1年,且氦-3核聚變過程無中子二次輻射危險,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、量子計算、拓撲絕緣體等前沿研究領(lǐng)域的必需物質(zhì)。然而,地球上氦元素主要是氦-4,氦-3儲量只有0.5噸左右,遠遠無法滿足現(xiàn)有需求。

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氦-3是太陽風的重要成分,月球由于常年受太陽風的輻照,儲存了大量氦-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)成為當前國際深空探測的必然趨勢和主要任務。以往研究認為氦-3溶解在月壤顆粒中,提取氦-3受擴散速率限制,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。

科研團隊最新研究表明,通過機械破碎方法有望在常溫下提取氣泡形式儲存的氦-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,以氣泡形式儲藏的氦-3總量或高達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),對探尋月球資源的有效利用路徑具有重要意義。


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