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月壤中氦-3的分布、储量和开发前景

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月壤中富含稀有气体,特别是氦-3(3He)是月球重要的核燃料资源。那么,3He到底在月壤中的分布状况如何?它的开发前景怎样?

3He等稀有气体在不同颗粒大小的月壤中的分布也不同。粒离小于90μm的颗粒含量最高。一般地,月壤细粒粉末中稀有气体的含量随粒度的增大而减少。进一步分析表明,不仅月壤的颗粒大小对捕获太阳风有直接的关系,而且月壤中的矿物组成、元素成分与结构特征等也影响其所捕获太阳风的浓度,即相同矿物不同矿物,其稀有气体的含量也不同,如氦-3大部分集中的颗粒小于50μm的富含钛铁矿的月壤中,在这些月壤中还富含氢(含量可高达2×10-3g/g)。对“阿波罗12号”探测器采集的月壤中的氦浓度测量也发现,纯钛铁矿的氦浓度比斜长石和玻璃中的高达20倍,而斜长石中黑色的微斜长石又比浅色斜长石的氦浓度高5倍。研究表明,导致这种原因可能是缘于它们的二氧化钛(TiO2)含量不同。

那么,到底月壤中存储着多少3He呢?根据专家保守地估算,月壤中3He的资源总量为约100万~500万吨。我们知道3He是一种可长期使用的、清洁、安全和高效的核聚变发电的的燃料。与氘-氚(D-T)聚变反应释放中子相比较,由于氘-氚(D-3He)聚变反应释放出质子,其反应所需防护的设施、材料和环保条件较D-T反应简便、廉价。我们只需简单地计算一下,就可知道这500万吨3He的真正价值。例如,建设一个500mw的D-3He核聚变发电站,每年消耗3He仅50kg;1987年美国的发电总量若用D-3He核聚变反应发电,每年只需消耗25吨的3He,1992年中国若用D-3He核聚变反应发电,每年只需3He消耗约8吨。从这些简单的例子中可以看出,开发利用月壤中的3He,将为人类提供一种可长期使用的、清洁、安全和高效的核聚变发电的燃料。

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