通過1克月壤 中國發現驚喜秘密!核聚變全球可用2600年

嫦娥五號從月球帶回了1731克月壤,已經陸續分配給科研機構,產生了大量成果。

作為中國空間技術研究院的聯合研究單位,中科院寧波材料所也借用了1克月壤,尋找月壤中氦-3的提取方法。

通過1克月壤 中國發現氦-3驚喜秘密!核聚變全球可用2600年

氦-3是氦的一種同位素,在能源、科研、國防安全等領域具有極為重要的價值,比如作為可控核聚變的燃料,其產生的能量是開採所需能量的250倍,是鈾-235核裂變反應的12.5倍。

100噸氦-3核聚變產生的能量,就可以讓全球使用1年,而且氦-3核聚變不會產生中子二次輻射危險,更清潔、更可控。

另外,氦-3是獲得極低溫環境的關鍵製冷劑,是超導、量子計算、拓撲絕緣體等前沿領域的必需材料。

地球上的氦元素主要是氦-4,氦-3儲量只有0.5噸左右,但在月球上,氦-3儲量驚人,都來自太陽風的輻照。

通過1克月壤 中國發現氦-3驚喜秘密!核聚變全球可用2600年

近日,中科院寧波材料所、航天五院錢學森實驗室、中科院物理所、南京大學等聯合團隊,在學術期刊《材料未來》(Materials Futures)上發表論文,宣布發現月壤中鈦鐵礦顆粒表面都存在一層非晶玻璃,其極高的穩定性在月球上捕獲並保存了豐富的氦-3資源。

據悉,研究人員通過高分辨透射電鏡結合電子能量損失譜法,在玻璃層中觀測到了大量的氦氣泡,直徑大約為5-25納米,且大部分氣泡都位於玻璃層與晶體的界面附近,而在顆粒內部晶體中基本沒有氦氣泡。

鑒於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,之後在晶格的溝道擴散效應下,逐漸釋放出來,而表層玻璃具有原子無序堆積結構,限制了氦原子的釋放,因此氦原子被捕獲並逐漸儲存起來,形成了氣泡。

研究表明,只需簡單的機械破碎方法,就有望在常溫下提取以氣泡形式儲存的氦-3,不需要加熱至高溫。

同時,鈦鐵礦具有弱磁性,可以通過磁篩選與其他月壤顆粒分開,便於在月球上原位開採。

根據估算,月球上的氦-3如果全部用於核聚變,可以滿足全球2600年的能源需求。

通過1克月壤 中國發現氦-3驚喜秘密!核聚變全球可用2600年
年輕的科研團隊:後排居中戴藍色手套者手中捧着的就是1克月壤樣品

通過1克月壤 中國發現氦-3驚喜秘密!核聚變全球可用2600年