科学家：一种古老且珍贵的气体，正从地球深处源源不断地释放

地球深处究竟藏着什么，能让全球顶尖实验室为之奔走、让大国之间围绕它展开一场看不见的博弈？这种从火山口、从深海热泉里悄悄"逃逸"出来的气体，为何被科学家称作比黄金更稀缺的战略资源？答案，要从人类追逐极低温的那条科研之路说起。

要实现极低温的科研环境，目前主要有两条技术路径，其中一条便是稀释制冷机。这种制冷机依赖的是氦三与氦四的混合工质，而氦作为全球极为短缺的资源，其来源可以追溯到宇宙生成的初期。

在大爆炸之后，氦便作为最初的合成元素之一存在于宇宙之中。地球在形成时也曾拥有一部分氦，但由于氦的密度极轻，这些氦逐渐逸散到太空之中。

不过，地球并没有把氦彻底"还"给宇宙。就在此刻，仍有极其微量的氦三正从地球深处源源不断地向外释放。

科研人员通过对火山气体与海底热泉的长期追踪，捕捉到了这条几乎被忽视的信号——每年大约仅有两公斤左右的氦三从地幔深处逸出。它们中的一部分随着岩浆运动到达地表，另一部分则伴随着海底热液从洋中脊的裂缝中缓缓释放。

数量虽然微不足道，却是宇宙最初的元素之一在地球内部封存了数十亿年后留下的"活化石"。

如今地球上的氦资源主要蕴藏在天然气田里，且天然气中氦的含量非常之低，全球范围内天然气中氦的占比大约在百分之零点一到百分之七之间。氦四目前的主要制取方式，便是从天然气中进行提纯。

然而，氦属于不可再生资源，随着使用量的持续增加，供应问题也愈发凸显，这已经成为一个致命的瓶颈。

相比之下，氦三的情况则更为特殊。自然界中几乎无法直接获取氦三，它完全依赖于人工合成，目前唯一的来源便是核反应堆。

氦三来自于氚，而氚的产量本身就极为有限，由此导致氦三的产量更是稀少。从量子计算的发展趋势来看，若要实现通用量子计算，量子芯片将需要一百万量子比特的规模，这是一个极为庞大的体量。

要运行这样的芯片，极低温环境至关重要。一旦氦三的供应无法跟上，就会对未来整个量子科技的发展形成极大的制约。

从事核聚变研究的科研人员也曾指出，目前全世界一年只能产生几十公斤的氚。等到未来核聚变装置真正成功之后，这些氚全部投入到聚变反应中都尚且不够，更遑论用它来生产氦三。因此，氦三的短缺问题在可预见的未来仍将长期存在。

值得一提的是，人类对地球内部的认知本身就极为有限。地球半径约六千三百七十一公里，而目前钻探所能达到的最大深度也才十二公里，连地壳都尚未穿透，更谈不上触及地幔和地核。

真正封存着原始氦三的巨大"仓库"，其实一直静静地躺在人类脚下的深处，只不过它们释放出来的通道极为有限、速率极为缓慢，以至于几乎无法作为工业可用的资源来采集。

在全球氦资源普遍紧张的大背景下，我国的氦供应几乎完全依赖进口。自二零二二年开始，美国和欧洲对我国实施了极低温相关设备的全面禁运，其中包括稀释制冷机以及各类极低温测量设备。

事实上，这些技术我国国内早已实现突破，但氦三的来源仍然是一个绕不开的难题，目前唯一的进口渠道便是俄罗斯，而俄罗斯对氦三的出口同样处于严格管控之中。

至于我国自身的核电站是否能够生产氦三，答案是产量极为有限。据初步统计，我国每年的氦用量大约在四千吨左右，而其中约三千八百吨完全依赖进口。

由此可见，氦资源对我国而言，确实是一种不折不扣的战略资源。正因如此，开发不依赖氦的制冷技术就显得尤为关键。

从这个角度再回头看那些从火山口和海底热泉中"漏"出来的痕量氦三，它们更像是一份来自地球深处的提醒：真正稀缺的资源，从来不是靠开采就能解决的问题。

宇宙在诞生之初留下的这份"遗产"，被地球以数十亿年的时间尺度缓慢封存与释放，而人类的工业与科研需求，却是以年为单位在急剧膨胀。这种时间尺度上的巨大鸿沟，也决定了单靠"找矿"的思路不可能填平氦三的缺口。

入选二零二四年中国十大科学进展的"发现自旋超固态巨磁卡效应与极低温制冷新机制"这一成果，其重要意义正在于此——它开辟了一条无需依赖氦资源便可实现极低温制冷的全新技术路径，为破解我国在极低温科研领域所面临的战略资源困境提供了可能。

回望这条从宇宙大爆炸延伸至地心深处、又通往未来量子计算的漫长链条，氦三这种古老而稀有的气体，串起的其实是人类对物质世界最基础也最前沿的追问。

地球用数十亿年的时间，把一小部分最初的元素封存在自己的内部，又以每年区区数公斤的节奏悄然释放；而人类在短短几十年间，就将它推到了尖端科研与国家战略的最前线。

从天然气田里艰难提纯的氦四，到几乎只能依赖核反应堆合成的氦三，再到被外部技术封锁下我国四千吨用量中三千八百吨依赖进口的现实，这些数字本身就足以说明问题的紧迫。

而"稀缺"从来不是终点，它更像是一种倒逼，倒逼科研工作者跳出原有的技术路径，去寻找另一种可能。

自旋超固态巨磁卡效应的发现，恰恰是在这样的背景下，为极低温制冷提供了一条完全脱离氦资源的替代路线。它意味着未来的量子计算、深空探测、超导研究等一系列关键领域，不必再被一种从地球深处零星逸出的古老气体牢牢卡住脖子。

当科学的想象力足够辽阔，那些被认为无法绕开的瓶颈，终将被新的原理和新的材料一点点撬开。