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氦-3_百度百科

归档日期:07-13       文本归类:地下核爆炸      文章编辑:爱尚语录

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  氦-3 (He-3)气体 无色,无味,无臭稳定的氦气同位素气体,化学符号³He。一般储存于气瓶中的高压气体,天然氦-3含量是1.38x10

  。当其含量增加导致氧气含量低于19.5%时有可能引起窒息,需要配备自吸式呼吸面具。 分子量 3.01603 标准体积 6.032 m³/kg 沸点 -452°F(-270°C)。氚衰变可得到氦-3并放出β射线。

  氦-3的提取是一个极其复杂的过程。人们首先需要将月球土壤加热到700摄氏度以上,才可以从中提取到氦-3。开发、运送月球上的能源也有很多难题需要解决。比如,需实现月球和地球之间的人、货运输,首先要有足够大推力的运载火箭。另外,要在没有大气包裹的月球表面着陆,主要只能靠反推火箭来缓冲,如何保障安全是一大难题。此外,氦-3提取成功后如何利用呢?这同样是一个技术难题。

  因为使用氦-3的热核反应堆中没有中子(氦-3与氘进行热核反应只会产生没有放射性的质子),故使用氦-3作为能源时不会产生辐射,不会为环境带来危害。但是因为地球上的氦-3储量稀少,无法大量用作能源。幸好,根据月球探测的结果,月球上的氦-3含量估计约100万吨以上。

  进入到21世纪,新一轮的登月计划再次席卷全球,其中有一个很重要的原因,是为人类社会的持续发展寻找新的能源。在一部非常著名的科幻电影《月球》中,我们看到了月球上的氦-3采集基地。月球上的采集员常驻月球采集氦-3,定期把氦-3送回地球,在那一时期,氦-3已经成了地球重要的能源。月球上氦-3含量丰富,但是月球上的氦-3真的可以为我们所用吗?

  随着世界石油价格的持续飞涨,越来越多的国家和组织开始把目光转向了月球,各国科学家正围绕月球上氦-3的储量、采掘、提纯、运输及月球环境保护等问题悄然开展相关研究。这种在地球上很难得到的特别清洁、安全和高效的核聚变发电燃料,被科学家们称为“完美能源”。也许在未来的某一天,月球将会犹如20世纪中叶的波斯湾。

  1996年,戴维·李(David M. Lee, 1931~ )、道格拉斯·奥谢罗夫(Douglas D. Osheroff, 1945~)和罗伯特·理查森(Richard C. Richardson, 1937~ )因发现了氦-3(

  He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚,所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论(BCS理论)的提出使得人们认为在极低温度下

  He的超流动性。20世纪70年代,戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了

  He超流体来验证关于在宇宙中如何形成所谓宇宙弦的理论。研究小组用中微子引起的核反应局部快速加热超流体

  He,当它们重新冷却后,会形成一些涡旋球。这些涡旋球就相当于宇宙弦。这个结果虽然不能作为宇宙弦存在的证据,但是可以认为是对3He流体涡旋形成的理论的验证。

  He超流体的发现不仅对凝聚态物理的研究起了推动作用,而且在此发现过程中所使用的核磁共振的方法,开创了用核磁共振技术进行断层检验的先河,今天核磁共振断层检验已发展成为医疗诊断的普遍手段。

  月球是解决地球能源危机的理想之地,“氦-3”是一种如今已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统计表明,10吨氦-3就能满足我国全国一年所有的能源需求,100吨氦-3便能提供全世界使用一年的能源总量。但氦-3在地球上的蕴藏量很少,人类已知的容易取用的氦-3全球仅有500千克左右。而根据人类已得出的初步探测结果表明,月球地壳的浅层内竟含有上百万吨氦-3。如此丰富的核燃料,足够地球人使用上万年。我国探月工程的一项重要计划,就是对月球氦-3含量和分布进行一次由空间到实地的详细勘察,为人类未来利用月球核能奠定坚实的基础 。

  我国的探月计划中,有一件事情是外国从未涉足的:我国计划测量月球的土壤层到底有多厚,这对于我们计算月球氦-3含量意义重大,如果工程顺利,我们估算氦-3的资源含量可能要比前人前进一步。最后,我们将研究地月空间环境,这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。

  2015年4月,我国科学家利用嫦娥三号“玉兔”月球车的测月雷达数据首次给出了较为可靠的月壤厚度估计,认为前人的估计方法可能普遍低估了月壤厚度和氦-3总储量

  日本《外交学者》网站1月7日刊文称,许多国家都在悄悄的为第四代核武器寻找氦-3材料,得到这种无放射性沉降物的材料将成为世界新的霸主,而中国在这场竞争中,获得了胜利。

  ① 氦-3是一种清洁、安全和高效率的核融合发电燃料。开发利用月球土壤中的氦-3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。

  ② 氦-3是氦的同位素,含有两个质子和一个中子。它有许多特殊的性质。根据稀释制冷理论,当氦-3和氦-4以一定的比例相混合后,温度可以降低到无限接近绝对零度。在温度达到2.6mK以下

  ③ 氦大部分集中在颗粒小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。估计整个月球可提供71.5万吨氦-3。这些氦-3所能产生的电能,相当于1985年美国发电量的4万倍,考虑到月壤的开采、排气、同位素分离和运回地球的成本,氦-3的能源偿还比估计可达250。这个偿还比和铀235生产核燃料(偿还比约20)及地球上煤矿开采(偿还比不到16)相比,是相当有利的。此外,从月壤中提取1吨氦-3,还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳。这些副产品对维持月球永久基地来说,也是必要的。俄罗斯科学家加利莫夫认为,每年人类只需发射2到3艘载重100吨的宇宙飞船,从月球上运回的氦-3即可供全人类作为替代能源使用1年,而它的运输费用只相当于如今核能发电的几十分之一。据加利莫夫介绍,如果人类如今就开始着手实施从月球开采氦-3的计划,大约30年到40年后,人类将实现月球氦-3的实地开采并将其运回地面,该计划总似的费用将在2500亿到3000亿美元之间。

  氦-3等同位素气体的分离主要方法有气体扩散法离子交换法、气体离心法,另外还有蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等,其中以气体扩散法最成熟。“浓缩”的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分离过程,例如从天然铀生产浓缩铀或从普通水生产重水。

  气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级,当高压气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时,其轻分子气体的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级,而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中,浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。

  气体离心法——在这类工艺中,气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒,或离心机。同位素重分子气体比轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出,并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机,其同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比,气体离心法所需的电能要小很多,因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。

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