隨著嫦娥4號(hào)成功在月球背面軟著陸，最近關(guān)于月球的話題又熱了起來(lái)。嫦娥4號(hào)探測(cè)器著陸月球月球上非?；臎鲐汃ぃ瑳](méi)有空氣沒(méi)有水，從公開(kāi)的照片看，月球上除了遍地大小相疊的坑洞、厚厚的灰塵和石塊，就什么都沒(méi)有了。既然月球上如此荒蕪，登一次月球要花很多

隨著嫦娥4號(hào)成功在月球背面軟著陸，最近關(guān)于月球的話題又熱了起來(lái)。

嫦娥4號(hào)探測(cè)器著陸月球

月球上非常荒涼貧瘠，沒(méi)有空氣沒(méi)有水，從公開(kāi)的照片看，月球上除了遍地大小相疊的坑洞、厚厚的灰塵和石塊，就什么都沒(méi)有了。既然月球上如此荒蕪，登一次月球要花很多很多的金錢，那么人類耗費(fèi)巨資登月探索的意義又在哪里呢？按照美國(guó)阿波羅計(jì)劃所耗費(fèi)的資金來(lái)計(jì)算，即便月球上到處都是黃金，要想把它們運(yùn)回來(lái)那也是天價(jià)，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮也都是不合算的。

有些人想出了一個(gè)非常好的開(kāi)發(fā)月球的理由：月球上有豐富的氦-3，這是一種清潔的核聚變?cè)?，如果?00噸氦-3全部拿來(lái)用作核聚變發(fā)電，它產(chǎn)生的電能就足夠全世界用上一年。把月球上的氦-3都運(yùn)回地球用來(lái)發(fā)電，可以供我們上萬(wàn)年的使用，豈不美哉！

事實(shí)果真如此嗎？

下面我們來(lái)認(rèn)真探討一下氦-3和核聚變發(fā)電，看看將月球上的氦-3運(yùn)回來(lái)發(fā)電是否可行。

為什么月球上會(huì)有大量氦-3？

氦-3作為氦的一種同位素氣體，它廣泛分布在宇宙中。據(jù)估算在我們地殼下方的地幔中大約含有10-100萬(wàn)噸的氦-3，但這些氣體都被封閉在厚厚的地殼下方，除了火山噴發(fā)帶出極少量的氦-3氣體外，在地球表面能找到的氦-3極少，我們幾乎找不到它的自然存在。

相比于地球，月球表面的氦-3分布就要多得多，這是由太陽(yáng)風(fēng)帶來(lái)的。

太陽(yáng)是一個(gè)巨大的火球，它主要由氫和氦組成。在太陽(yáng)內(nèi)部極高的溫度和巨大的壓力下，氫原子被相互擠壓在一起變成了氦，它的原子核有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子；還有一部分聚變成了氦-3，它有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。

太陽(yáng)核聚變產(chǎn)生的巨大的能量向四周擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，為太陽(yáng)系供應(yīng)了源源不絕的能源，同時(shí)也將大量的帶電粒子以250~750公里/秒的速度向四周拋射出去，這就是太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)風(fēng)中裹挾著一部分太陽(yáng)核聚變的產(chǎn)物，包括氦-3。

當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)到達(dá)地球時(shí)，因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)和大氣層的阻擋，它無(wú)法抵達(dá)地面對(duì)地面物質(zhì)造成影響，可以說(shuō)我們地球的大氣和磁場(chǎng)保護(hù)了我們，同時(shí)也拒絕了氦-3。

月球沒(méi)有磁場(chǎng)也沒(méi)有稠密的大氣，它的表面只殘留著極其稀薄的少量的氣體，所以在太陽(yáng)風(fēng)帶電粒子數(shù)十億年持續(xù)不斷的轟擊下，在月球表層風(fēng)化的月壤中就儲(chǔ)存了一定數(shù)量的氦-3。

月球表面到底有多少氦-3，科學(xué)家們有許多不同的說(shuō)法，有說(shuō)75萬(wàn)噸、有說(shuō)100萬(wàn)噸、有說(shuō)150萬(wàn)噸，還有說(shuō)更多的。近幾十年來(lái)世界各國(guó)向月球發(fā)射了幾十個(gè)不同的探測(cè)器，具體的數(shù)字并未見(jiàn)公布。我們從公開(kāi)資料得知，月球表面陽(yáng)光照射區(qū)的氦-3濃度大約在1.4~15ppb之間，在月球兩極的永久陰影區(qū)內(nèi)氦-3的濃度可能高達(dá)50ppb。

換一個(gè)說(shuō)法：在月球表面，如果你對(duì)1.5億噸月壤進(jìn)行提煉，將它們加熱到700度以上，通過(guò)非常復(fù)雜的工序，大約可以萃取到1克重的氦-3。

很多嗎？不多。

我們?cè)賮?lái)談?wù)労司圩儭?/strong>

人類對(duì)核能的和平利用已經(jīng)進(jìn)行了將近70年，1951年美國(guó)建成了世界上第一座試驗(yàn)性核電站，緊接著1954年前蘇聯(lián)也建設(shè)成功發(fā)電功率為5000千瓦的試驗(yàn)性核電站。由于現(xiàn)有的核反應(yīng)堆都是以核裂變產(chǎn)生熱能推動(dòng)蒸汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，反應(yīng)堆本身存在巨大的核輻射，其使用后剩余的核廢料也存在放射性污染的風(fēng)險(xiǎn)，所以科學(xué)家們一直在尋求一種功率更高污染更低的發(fā)電方式，這就是可控核聚變反應(yīng)堆發(fā)電。

如前文所訴，太陽(yáng)的燃燒就是由氫原子的結(jié)合產(chǎn)生巨大的能量，科學(xué)家們通過(guò)計(jì)算，如果將氫的同位素氘和氚在特定條件下施加巨大的熱量，它們的原子核就有機(jī)會(huì)相互結(jié)合生成一個(gè)氦核和一個(gè)中子，同時(shí)可以釋放出17.6電子伏特的能量，這就是第一代的核聚變。

由于人類目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)內(nèi)部那樣巨大的壓力，所以只能以提高溫度的辦法來(lái)彌補(bǔ)。為了達(dá)到核聚變所需要的溫度，美國(guó)人耗費(fèi)巨資建設(shè)了一個(gè)慣性約束核聚變裝置（國(guó)家點(diǎn)火裝置），利用激光來(lái)約束和激發(fā)氘和氚。

然而這個(gè)建設(shè)了15年、耗資35億美元、占地面積達(dá)到3個(gè)足球場(chǎng)的龐大設(shè)備最后在2012年9月30日以點(diǎn)火失敗告終。隨后美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置放棄了慣性約束核聚變的研究，轉(zhuǎn)向材料研究和為軍方進(jìn)行高爆炸藥的研究試驗(yàn)。

另一種核聚變的嘗試是托卡馬克裝置，它利用超導(dǎo)體制造一個(gè)磁環(huán)，用強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束氘和氚，然后通過(guò)施加1億度以上的高溫等離子流使其中的氘和氚產(chǎn)生聚變反應(yīng)。

其中一個(gè)最具有代表性的實(shí)驗(yàn)裝置就是在中國(guó)合肥中科院等離子體所的全超導(dǎo)托卡馬克裝置（EAST），盡管EAST已經(jīng)可以將等離子體加熱到了1億度的高溫，但距離實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控核聚變的目標(biāo)依然十分遙遠(yuǎn)，距離實(shí)現(xiàn)核聚變商業(yè)化發(fā)電運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)還需要更漫長(zhǎng)的時(shí)間。

無(wú)論是美國(guó)已經(jīng)失敗的國(guó)家點(diǎn)火裝置還是中國(guó)已經(jīng)部分試驗(yàn)成功的托卡馬克裝置，都是將氫的核素氘和氚作為原料進(jìn)行聚變反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的中子（氘與氘聚變會(huì)產(chǎn)生中子），這些中子轟擊周圍的物質(zhì)后會(huì)有少量輻射物質(zhì)產(chǎn)生，這通常被稱為第一代核聚變。

第二代核聚變是將氘與氦-3進(jìn)行聚變反應(yīng)，它比氘氚核聚變的好處是只產(chǎn)生少量中子，放射性要少許多。

而第三代核聚變則是單純利用氦-3進(jìn)行聚變使之產(chǎn)生氦-4和氫，這個(gè)過(guò)程完全不產(chǎn)生中子，也沒(méi)有核輻射，因此被稱為最干凈的核聚變。如果第三代核聚變成為現(xiàn)實(shí)，人們將可以在鬧市中心建造核電站。

第二代和第三代核聚變需要使用氦-3，由于氦的外圍有兩個(gè)電子，要想將其融合在一起所需要的能量將更大，到目前為止人類還不能實(shí)現(xiàn)第一代可控核聚變，現(xiàn)在設(shè)想到月球上大規(guī)模采集氦-3搞第二、第三代核聚變發(fā)電是不現(xiàn)實(shí)的。

科學(xué)探索可以不計(jì)成本，但商業(yè)的原則是追求利潤(rùn)。

美國(guó)現(xiàn)在每年對(duì)氦-3的商業(yè)需求量超過(guò)0.8公斤（約7000升），美國(guó)最高峰的時(shí)候一年生產(chǎn)了8公斤的氦-3。這些氦-3并不是用來(lái)發(fā)電，而是用于制造科學(xué)研究設(shè)備、制造中子掃描儀和磁共振成像掃描儀（MRI）。美國(guó)市場(chǎng)上氦-3的價(jià)格最低時(shí)為100美元/升，現(xiàn)在漲到約2000美元/升，也就是大約17500美元/克。

還記得在月球上為了要得到1克的氦-3，我們需要提純多少噸月壤嗎？1.5億噸！為了得到0.8公斤（美國(guó)現(xiàn)在一年的需求量）的氦-3，需要在月球上處理1200億噸的月壤，你還覺(jué)得這筆買賣是合算的嗎？

相比于氦-3，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以很便宜地從海水中獲得大量氘。在天然水中，重水的含量約占0.02%，重水就是由兩個(gè)氘原子和一個(gè)氧原子組成的化合物。使用減容電解法、氨—?dú)浣粨Q法或硫化氫加壓交換法都可以比較方便地將重水從水中分離出來(lái)，然后將重水電解就可以得到氘。

從一公升海水里提取出的氘，在完全的聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量，氚的制備在目前情況下也比較容易實(shí)現(xiàn)，所以只要我們第一代核聚變反應(yīng)堆能夠制造出來(lái)，作為核聚變發(fā)電的原料氘和氚都是比較容易獲得的。

氘-氚核聚變具有資源無(wú)限、不污染環(huán)境、不產(chǎn)生高放射性核廢料等優(yōu)點(diǎn)，是人類未來(lái)能源的主導(dǎo)形式之一，也是目前認(rèn)識(shí)到的可以最終解決人類社會(huì)能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

事實(shí)上，我們現(xiàn)在就已經(jīng)可以工業(yè)化制備氦-3了。

氫的同位素氚是核彈頭中的重要組成原料，因?yàn)殡皶?huì)衰變成氦-3，從而降低核彈頭的爆炸威力，所以核大國(guó)每年都需要對(duì)放在倉(cāng)庫(kù)里的核彈頭進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，把里邊的氦-3收集起來(lái)；或者將氚放在密封的容器里繼續(xù)衰變，12年半之后容器里的氚就都變成氦-3了。

如果沒(méi)有核彈頭，也可以將含有鋰的吸收棒（TPBAR）插入到核電站反應(yīng)堆中，讓反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子去轟擊鋰，這樣也可以收集到氚，然后把氚密封起來(lái)，也可以得到氦-3。

既然我們未來(lái)可以容易地提取氘和氚并將其核聚變發(fā)電，既然我們現(xiàn)在就可以用相對(duì)比較便宜的方法來(lái)制備氦-3，為什么還要大費(fèi)周章地把機(jī)器設(shè)備運(yùn)到月球上去挖土呢？

去月球建基地提煉氦-3，這不是神話，是傻話。