我国科学家：“月壤玻璃”为捕获和保存氦-3 的关键物质

IT之家 6 月 11 日消息，月壤玻璃据央视新闻报道，国科关键近日，为捕物质中国科学院宁波材料技术与工程研究所、获和氦航天五院钱学森实验室、保存中国科学院物理研究所和南京大学等联合团队，月壤玻璃对嫦娥五号月壤颗粒中的国科关键氦原子进行了探测和研究。发现月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃。为捕物质研究人员在玻璃层中观测到了大量的获和氦氦气泡，直径大约为 5~25nm，保存且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的月壤玻璃界面附近。而在颗粒内部晶体中，国科关键基本没有氦气泡。为捕物质鉴于氦在钛铁矿中的获和氦高溶解度，研究人员认为氦原子首先由太阳风注入钛铁矿晶格中，保存之后在晶格的沟道扩散效应下，氦会逐渐释放出来。而表层玻璃具有原子无序堆积结构，限制了氦原子的释放，被捕获并逐渐储存起来，形成了气泡。

据中国科学院宁波材料技术与工程研究所网站，氦-3 作为氦（元素周期表中第二个元素）的一种同位素，在能源、科学研究等领域具有重要应用价值。比如，作为一种可控核聚变的燃料，氦-3 核聚变产生的能量是开采所需能量的 250 倍，是铀-235 核裂变反应（约为 20）的 12.5 倍。100 吨氦-3 核聚变产生的能量即可供应全球使用 1 年，且氦-3 核聚变过程无中子二次辐射危险，更加清洁和可控。另外，氦-3 是获得极低温环境的关键制冷剂，是超导、量子计算、拓扑绝缘体等前沿研究领域的必需物质。然而，地球上氦元素主要是氦-4，氦-3 储量只有 0.5 吨左右，远远无法满足现有需求。

氦-3 是太阳风的重要成分，月球由于常年受太阳风的辐照，储存了大量氦-3。但是为什么月球具有丰富的战略资源氦-3？氦-3 在月球上是以什么形式储藏的？这些问题还没有明确的答案。探索月球资源，特别是氦-3 的含量、分布和开采，已经成为当前国际深空探测的必然趋势和主要任务。因此，从 20 世纪末开始，全球掀起了新一轮的月球“淘金热”，使探月工程和科学研究达到新的高潮。但是如何原位、高效开采氦-3 还是科学和技术难题。以往研究认为氦-3 溶解在月壤颗粒中，提取氦-3 受扩散速率限制，需要 700℃以上的高温，不但耗能较高，而且速度慢，不利于在月球上原位开采。因此，探明月壤中氦-3 的储藏形式，对未来认识月球是如何捕获氦-3，如何开发利用氦-3 资源至关重要。

IT之家了解到，科研团队工作表明，通过机械破碎方法有望在常温下提取气泡形式储存的氦-3，不需要加热至高温。而且，钛铁矿具有弱磁性，可以通过磁筛选与其他月壤颗粒分开，便于在月球上原位开采。通过进一步计算，研究人员发现气泡中的氦气原子的数密度达到 50-192 He / nm3，具有极高的压力。根据月球上钛铁矿总量估算，以气泡形式储藏的氦-3 总量或高达 26 万吨，如果全部用于核聚变，可以满足全球 2600 年的能源需求。这些结果不但为月球上氦-3 的富集机理提供了新的见解，也为未来月球氦-3 的原位开采利用奠定了理论基础，对探寻月球资源的有效利用路径具有重要意义。

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