月球上氦-3發電夠全人類用上萬年,爲什麼沒有人運回地球?

愛好養豬仔


這是一個神話,被媒體炒作起來的無稽之談,現在沒技術開採,以後也不見得會。

我就講幾個事實。

氦-3和這一組的其他元素有很多相同的化學性質,它是一種無色無味穩定的氣體。

理論上100噸的氦-3能為全世界提供一年的電能,這比現在我們能利用的其他能源能比要高很多,但是……

開採這東西你以為是在挖煤?

這是一個極其複雜的過程,尤其是在月球上。

首先人們就需要把月球的土壤加熱到700攝氏度以上,才能從中提取,這個過程並不快。

而且月球上的氦-3確實是多,但也不是像煤炭石油那樣豐富,這只是和地球比的相對值而已。

月壤厚度平均10公里左右,大部分的氦-3就深埋於月壤之下,在月球上平均每平方公里才70千克。這意味著什麼?也就是你百分百地收集月壤中的所有的氦-3,湊足70公斤,需要“挖出”1000萬立方米的月壤,每立方米月壤1.5噸左右,你需要開採3000萬噸的月壤。

在月球上,那可憐的重力,你用力點就能上天,這如何讓機器在月球上穩穩的挖散碎的氦-3。

你覺得分離保存運回它難嗎?

這東西挖出來要和土壤以及其他雜質分離,加以提純,這是一個複雜的過程。

保存的話就是要在月球上壓縮製冷,帶回就只能用航天器運回。

這一切說的似乎理所當然,但過程帶來的技術難度是我們無法想象的。

業內的人都知道,發射探測器去月球就很難了,載人登月就更難,載人返航就更更難,在月球上艱難地挖出東西並壓縮製冷再帶回來就更更更難。

說的通俗點,開採的有些操作在地球上進行都很難。

總之,技術關還走不通,成本太高,開採難度大,你說分離保存運回它難不難?

核聚變唉!這是要通過核聚變才能利用的神聖物質

氦-3讓媒體大肆渲染,稱道讚揚,除了月球所謂的“儲量大”,就是產生能量,進行核聚變的過程不產生中子,輻射小,汙染不大。

可是,我們現在的科技對核裂變的控制到了發電的程度,但仍避免不了有核洩漏的風險,想想切爾諾貝利的災難就知道了。

相對可控核裂變來說,掌握可控核聚變是一項偉大的技術,它是我們人類未來擺脫能源危機最期待的科技,甚至未來走出地球,進行星際航行必要的技術。

但等到成功,又不知是何年何月?

這是一個不切實際的幻想

氦-3是氫核聚變的副產品,如果真的在未來實現了可控核聚變,這東西根本不缺。

就像燃燒過程產生的一氧化碳一樣,一氧化碳的熱值很高,煤氣裡就混雜著一氧化碳。

可是我們也並沒有費盡心思地去單獨花費巨資開採一氧化碳。


擋不住的熵增


人們沒有鍊鐵技術的時候,在山裡發現大量鐵礦石,也不會有人運回來,因為還不會鍊鐵。月球土壤裡雖然有大量的氦-3,姑且不考慮採集運輸的費用,主要是人類還沒有掌握可控核聚變,原料再多,目前人類還用不著啊。

可控核聚變目前還是人類最需攻克的世界難題,保守來看需要幾十甚至百年來進行攻克。目前人類能夠利用的人工核聚變,是不可控的熱核反應 - 氫彈。它是通過裂變點火,靠慣性力把高溫高壓的等離子體進行約束。

人們當然也在嘗試各種人工可控的慣性約束,例如使用激光打靶的方式實現激光慣性約束核聚變。採用少量熱核物質的爆發來實現能量利用,但目前都還在試驗摸索階段。

通過磁約束建造可控聚變反應堆,是目前最有希望實現人工核聚變的一種方法。通過強磁場來約束等離子體,並對其加熱,實現聚變點火。世界上已經有多個託卡馬克實驗堆,美國,歐盟,中國,日本都在展開相關研究。

但可控聚變目前都還處在基礎研究階段,離商業應用還有至少幾十年的路要走。一旦人工可控核聚變實現,人類的能源利用突飛猛進,核聚變的燃料不會成為問題。


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量子實驗室


答案:因為利用氦-3來發電根本就是一個偽命題

目前所有的核電站都是通過重核裂變的形式發電的,在裂變過程中會產生大量的核廢料處理起來相當麻煩。而通過氦元素的同位素氦3作為核聚變發電的原材料,能夠產生比鈾235裂變高几倍的能量,同時氦3作為聚變原材料不會產生中子,也就是不會產生核輻射,並且嫦娥二號已經探測到月球的氦3儲備有上百萬噸,100噸相當於全球一年的能源總和,那麼月球上的氦3可以供人類使用1萬年的時間。無汙染、儲量大、能源效率高,理論上來說這簡直是完美的原材料,但實際上氦3想要發電是完全不可能的。

氦3+氘核反應產生氦4+質子,這是氦3聚變的基本原理,而實際上在核聚變中如果將原材料氦3和氘核混合在一起,首先進行的是氘-氘核聚變反應,因為原子核如果帶電荷越多,那麼原子核之間產生的庫倫斥力就越大,所以一定是原子核所帶電荷越小的原子核越容易發生反應,氘質子數是1,而氦3的質子數是2。在受控核聚變中,一定是氘-氘核聚變反應需要的溫度更低,反應條件更寬鬆;氘-氦核聚變反應需要的溫度更高。

這樣就產生了一個問題,在託卡馬克裝置升溫的過程中氘核會自己先發生聚變反應將原材料耗盡,最後只剩下氦3,而氦-氦核聚變反應原子核之間的斥力非常大,沒有足夠的反應截面積,達不到反應速率,無法進行核聚變反應。

所以想要通過氦-3和氘核進行核聚變反應在理論上也是做不到的。


科學薛定諤的貓


這個問題並不怎麼嚴謹,不是沒有人把月球的氦三運回地球,而正是人類把月球土壤帶回來才發現其蘊藏著大量的氦三資源!

美國在上個世紀60年代末七十年代初就成功登陸月球6次,每次可都是往地球帶回月球土壤的,這裡面就包含著氦三。我們對月球氦三的初步認識就源於人類帶回來的月球土壤!


其實我認為大肆渲染月球氦三資源有種譁眾取寵的感覺!

目前各個有能力的國家都爭先恐後地進行登月比賽,比如發射各種探測器什麼的。如果僅僅只是為了攀比就盲目登月,各國的納稅人怕是不同意!

月球上的確蘊藏著大量的珍貴資源,包括氦三。而各國政府為了在太空競爭上不落後於他國,就不得不得畫一個看起來切實可靠的大餅給民眾。政府會說:你們都看,月球上有那麼多氦三,這些都是核聚變的理想原料,而地球上的氦三卻極為稀有,我們再不抓緊研究月球可就真落後了。


其實氦三的確有一個很大的好處,那就是核聚變中不會產生較大輻射。因為氘-氦3熱核反應只會產生帶電的粒子,只要這些粒子帶電,就可以在磁場的作用下被束縛起來,不至於讓這些粒子產生外部輻射!而其他類型的核聚變就會產生中子,這些高能的中子不帶電,你無非通過磁場約束它們,目前人類還沒有較好的辦法應付這些高能中子的破壞!

地球上的氦三資源極其短缺,其儲量大概不足500kg,而月球上富含著上百萬噸的氦三。科學研究表明:1萬噸氦3就足夠人類使用一個世紀!整個月球氦三儲量足以讓人類安然享用1萬年!

但是這裡面有個很大的邏輯問題

可控核聚變人類目前看來是掌握不了了,起碼要等一個世紀。即便人類現在開採了月球的氦三,那也是一堆無法大規模實用的資源。因為可控核聚變技術的掌握還遙遙無期!

目前中國,印度,日本,歐盟和NASA以及Space-X都在尋求降低登月的成本。

我認為人類會恰巧同時掌握了低成本登月技術和可控核聚變的技術,那時候再開發月球的氦三為人類服務才是天時地利人和的最佳時機。 但是我認為這樣的願景大概會在本世紀末才會實現!


科學認識論


氦-3是氦的一種沒有放射性的同位素,它被用於核聚變反應不會造成輻射,所以這是一種理想的清潔能源。雖然月球上的氦-3儲量非常豐富,多達上百萬噸,但問題是人類至今還沒有掌握可控核聚變,所以現在就去把氦-3運回來幹啥?

雖然人類已經掌握了核聚變反應——氫彈,但這是不可控的,無法用於生產生活。現在,各國正在努力研究可控的核聚變反應——氘和氚、氘和氦-3或者氦-3和氦-3,但至今還未取得實質性的突破。

只有當可控核聚變可以成功商業化了,人類才會想著去月球把氦-3運回來。但這還要面臨很多難題。首先,要把氦-3大量運回來,需要大型的火箭以及月球基地。其次,從月球運回的氦-3不是純淨物,而是需要從月球表皮土中提取,這又是一道技術難關。因此,利用月球氦-3可能面臨很大的成本問題。如果這些問題能夠解決,那時才會真正開啟月球大開採時代。


火星一號


這個問題我想有三個方面的問題,最主要的還是現在尚無法使用。另外月球上開採能力尚不具備,以及運費太高昂,是目前沒有人運回地球的原因。

氦-3發電主要是通過核聚變方式。可控核聚變的攻克,將在一個相當長的階段解決人類能源危機問題,將是人類從石油文明走向核能文明的標誌,是人類文明的一次重大突破。

目前世界上可控核聚變正在公關,但進展並不快,還只能在實驗中短時間內實現對超高溫等離子體的約束,還有太多的難題需要世界各國合作攻克。有科學家預測,可控核聚變有可能在2015年左右進入商業化運行,2050年廣泛的造福於人類。

這個預測並不是很精確的,還有很多變數。因此在核聚變發電沒有實現之前,過早的開採月球的氦-3實在沒有必要。

況且可控核聚變的原材料並不一定非要使用月球上的氦-3。

核聚變能利用的燃料是氘核氚,海水中就大量存在,1升海水中就有1.03×10^22個氘原子,可產生300公升汽油的能量,每1立方公里海水中氘原子所具有的潛在能量相當於燃燒13600億桶原油的能量,所以地球可聚變能源是取之不盡用之不竭的。

所以即使開始了可控核聚變發電的商業運行,也不一定要採用月球上的氦-3,到了那個時代,就看那種原料的成本低了。

從現在看來,開採月亮氦-3資源的成本還是個天文數字,無法估量。

月壤中富含氦-3,但我沒有查到氦-3在月壤中到底具有多少含量,只知道大約總量在100-500萬噸,100噸就夠人類一年發電使用,所以月球上的氦-3可供人類使用10000年以上。

根據某些資料介紹,每提取1噸氦-3,還能夠得到約6300噸的氫、70噸的氮和1600噸碳,這說明提煉1噸氦-3至少需要月壤數萬噸吧,我們總不能把成千上萬噸的月壤運到地球上來吧。

這就必須在月球上把氦-3提煉出來,才能運回地球使用。提取是一個及其複雜的過程,首先要將月壤加熱到700攝氏度以上,才能從中提出到氦-3。

要提取氦-3,就必須在月球上建立基地,這談何容易。

迄今為止,人類還只有美國在上世紀實現了載人登月,其他幾個航天國家,包括中國,上月球還只能派出無人探測器。

太空運輸成本及其高昂,據說航天飛機運送1公斤物質到太空站需要花費2.2萬美元。太空站距地表只是400公里,而月球距離我們38萬公里。

而且登陸月球的難度完全不能用距離疊加來計算,即使要運回1公斤的月壤,也要花費天價。所以現在開採和運送氦-3回地球還完全是個不切實際的空想。

美國已經開始實施載人重返月球計劃,2020年開始實施,計劃中就含有建立月球永久基地的內容。開始用機器人建設,建成必要的生活設施後開始派人常駐,漸漸形成永久基地生態循環能力,再開始進行一些生產活動。

這個過程需要幾十年的時間,讓我們拭目以待。

這就是時空通訊的看法,歡迎點評。謝謝支持關注和理解。


時空通訊


月球上氦-3發電夠全人類用上萬年,為什麼沒有人運回地球?

其實很簡單,以人類的科技連最低要求的氚氘聚變都沒有達到,由何來氦3聚變呢,暫時沒有這個需求,為什麼現在就要大規模開發月球上的氦3,人類是很現實的,對於未來有需求卻前途未卜的需求,從來都是以研究為主,未來的氦3時代到來,經濟利益會促使這個進程加快進行,現在要做的是宇航技術的進步!

從這個路線圖可以看出,我們正在前往第一代核聚變的道路上掙扎著,這個聚變要求是比較低的,聚變溫度約為5000萬-1億度,還會產生不好處理的中子,但未來最終將實現氦3聚變,沒有中子的聚變才是真正乾淨的聚變,暫時的終極追求差不多就是這個了。

以ms計的聚變堆內部等離子體約束過程,最後的一閃就是破裂了,約束失敗,這個是託卡馬克結構的聚變堆內部

託卡馬克內部結構

仿星器的結構

磁約束兩種典型的結構:託卡馬克和仿星器,相傳仿星器的結構更合理一些,但ITER用的是託卡馬克結構,EAST也是哦

慣性約束核聚變裝置NIF的內部

位於靶室中央的“燃料球”,點火時192束強激光同時“轟擊”燃料球

所以,八字還沒那一瞥,氦3的開採計劃還很早呢,但只要實現了核聚變,即使只是氚氘聚變,氦3的開發馬上就會提上日程,無論是經濟利益驅使還是搶佔月球資源考慮,都會聞風而動.....


星辰大海路上的種花家


其實很簡單,科學家倒是想利用月球上的氦-3這種清潔能源,但問題是人類科技還遠沒有達到能夠利用氦-3來聚變產生能量發電,科學家甚至連最基本的氫核聚變都沒有完全掌控!

這就像地球上的,海水本身也是能源,如果能把誰分解成氫和氧,也是非常清潔高效的能源,但受制於技術環節還沒有突破,只能“望洋興嘆”!

同時,運輸費用也足以高得嚇到我們。雖然人類探測器早已經到達月球,但截止目前也只有美國實現了的載人登月,而且每次登月的費用高達數十億美元,就算美國再有錢也得掂量掂量!

而如果想要在月球上開採氦-3,困難程度和費用更加不可預測。所以將來等技術成熟以後,也不太可能把氦-3運回地球,更可能出現的是在月球上建立基地,直接開採利用!

所以,不用對月球上的氦-3“虎視眈眈”了,科學家們只要把完全掌控了核聚變,能夠像駕馭石油煤炭那樣使用核燃料,地球上的核燃料也夠人類用很久了!不過如果人類能夠成功駕馭核燃料,我們星際旅行的速度會有質的提高,屆時開發月球甚至火星資源會水到渠成!


宇宙探索


人類沒有可投入實用的可控核聚變設備,也沒有采集月球氦-3資源的能力。月球氦-3儲量百萬噸,遠遠超過地球上的500公斤。卻只能眼紅而沒辦法開採。

這也是美國當年登月後不再登月的原因,登月本身需要耗費大量資金,但是月球的資源人類目前的科技完全無法採集,帶回來幾百公斤分給各國研究就已經是很了不起的成就。氦-3的採集,需要土壤進行加熱,先讓氦-3資源析出。而從月壤中提取1噸氦-3,還可以得到約6300噸的氫、70噸的氮和1600噸碳,言外之意就是需要處理大量的月球土壤才可以得到1噸氦-3。

不過一些科學家著眼於未來,認為人類有必要建設並維持一個龐大的月球基地,用於科研和氦-3資源的開採。但預計至少要花費2000億到3000億美元,才能建起一個可供使用的基地,如果建設提取氦-3資源的基地,耗費的資金還要增加不少。

另一點核聚變技術,聽起來十分美妙,然而應用氦-3作為原料卻比人類目前研究的以氘為原料的核聚變技術更加苛刻。而人類目前連氘聚變技術都還沒實現,即便採集了月球氦-3也不能應用。而氘在地球海洋中的儲量卻比較豐富,如果人類可以實現氘的可控核聚變,短時間內也沒必要採集月球氦-3。


來看世界呀


地球上極度稀缺的氦-3,用來做

核聚變發電的燃料不僅效率高,而且沒有輻射。氦-3在月球約有上百萬噸,夠全人類用上萬年。

然而,人類已經有46年沒有再登陸月球了,為什麼不考慮把月球的資源運回地球呢?

回憶大航海時代,哥倫布發現北美洲,這是一片全新的土地,有豐富的物產資源,土著還能當苦力,從此,人類進入了新的紀元。

但是月球和北美洲不一樣啊,載人航天火箭不是哥倫布的小破船啊,花上千億美元,去月球搬磚?更悲催的是,就算把月球土搬回來了,地球上的科學家還沒辦法讓氦-3乖乖的在核電站工作呢。

說到這應該明白為什麼人類不登月了,性價比實在太低。各國都改用探測器,探索月球、火星等等天體。以前登月是一種炫耀國力的方式,如今在和平年代,一切隨緣吧。也許等到

地球資源枯竭,科技又足夠發達的時候,月球才會變成人類的「北美洲」,資源隨用隨取,甚至變成人類飛向太空的天然中間站,像大航海時代的深水不凍港。


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