月球上氦-3发电够全人类用上万年,为什么没有人运回地球?

爱好养猪仔


这是一个神话,被媒体炒作起来的无稽之谈,现在没技术开采,以后也不见得会。

我就讲几个事实。

氦-3和这一组的其他元素有很多相同的化学性质,它是一种无色无味稳定的气体。

理论上100吨的氦-3能为全世界提供一年的电能,这比现在我们能利用的其他能源能比要高很多,但是……

开采这东西你以为是在挖煤?

这是一个极其复杂的过程,尤其是在月球上。

首先人们就需要把月球的土壤加热到700摄氏度以上,才能从中提取,这个过程并不快。

而且月球上的氦-3确实是多,但也不是像煤炭石油那样丰富,这只是和地球比的相对值而已。

月壤厚度平均10公里左右,大部分的氦-3就深埋于月壤之下,在月球上平均每平方公里才70千克。这意味着什么?也就是你百分百地收集月壤中的所有的氦-3,凑足70公斤,需要“挖出”1000万立方米的月壤,每立方米月壤1.5吨左右,你需要开采3000万吨的月壤。

在月球上,那可怜的重力,你用力点就能上天,这如何让机器在月球上稳稳的挖散碎的氦-3。

你觉得分离保存运回它难吗?

这东西挖出来要和土壤以及其他杂质分离,加以提纯,这是一个复杂的过程。

保存的话就是要在月球上压缩制冷,带回就只能用航天器运回。

这一切说的似乎理所当然,但过程带来的技术难度是我们无法想象的。

业内的人都知道,发射探测器去月球就很难了,载人登月就更难,载人返航就更更难,在月球上艰难地挖出东西并压缩制冷再带回来就更更更难。

说的通俗点,开采的有些操作在地球上进行都很难。

总之,技术关还走不通,成本太高,开采难度大,你说分离保存运回它难不难?

核聚变唉!这是要通过核聚变才能利用的神圣物质

氦-3让媒体大肆渲染,称道赞扬,除了月球所谓的“储量大”,就是产生能量,进行核聚变的过程不产生中子,辐射小,污染不大。

可是,我们现在的科技对核裂变的控制到了发电的程度,但仍避免不了有核泄漏的风险,想想切尔诺贝利的灾难就知道了。

相对可控核裂变来说,掌握可控核聚变是一项伟大的技术,它是我们人类未来摆脱能源危机最期待的科技,甚至未来走出地球,进行星际航行必要的技术。

但等到成功,又不知是何年何月?

这是一个不切实际的幻想

氦-3是氢核聚变的副产品,如果真的在未来实现了可控核聚变,这东西根本不缺。

就像燃烧过程产生的一氧化碳一样,一氧化碳的热值很高,煤气里就混杂着一氧化碳。

可是我们也并没有费尽心思地去单独花费巨资开采一氧化碳。


挡不住的熵增


人们没有炼铁技术的时候,在山里发现大量铁矿石,也不会有人运回来,因为还不会炼铁。月球土壤里虽然有大量的氦-3,姑且不考虑采集运输的费用,主要是人类还没有掌握可控核聚变,原料再多,目前人类还用不着啊。

可控核聚变目前还是人类最需攻克的世界难题,保守来看需要几十甚至百年来进行攻克。目前人类能够利用的人工核聚变,是不可控的热核反应 - 氢弹。它是通过裂变点火,靠惯性力把高温高压的等离子体进行约束。

人们当然也在尝试各种人工可控的惯性约束,例如使用激光打靶的方式实现激光惯性约束核聚变。采用少量热核物质的爆发来实现能量利用,但目前都还在试验摸索阶段。

通过磁约束建造可控聚变反应堆,是目前最有希望实现人工核聚变的一种方法。通过强磁场来约束等离子体,并对其加热,实现聚变点火。世界上已经有多个托卡马克实验堆,美国,欧盟,中国,日本都在展开相关研究。

但可控聚变目前都还处在基础研究阶段,离商业应用还有至少几十年的路要走。一旦人工可控核聚变实现,人类的能源利用突飞猛进,核聚变的燃料不会成为问题。


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量子实验室


答案:因为利用氦-3来发电根本就是一个伪命题

目前所有的核电站都是通过重核裂变的形式发电的,在裂变过程中会产生大量的核废料处理起来相当麻烦。而通过氦元素的同位素氦3作为核聚变发电的原材料,能够产生比铀235裂变高几倍的能量,同时氦3作为聚变原材料不会产生中子,也就是不会产生核辐射,并且嫦娥二号已经探测到月球的氦3储备有上百万吨,100吨相当于全球一年的能源总和,那么月球上的氦3可以供人类使用1万年的时间。无污染、储量大、能源效率高,理论上来说这简直是完美的原材料,但实际上氦3想要发电是完全不可能的。

氦3+氘核反应产生氦4+质子,这是氦3聚变的基本原理,而实际上在核聚变中如果将原材料氦3和氘核混合在一起,首先进行的是氘-氘核聚变反应,因为原子核如果带电荷越多,那么原子核之间产生的库伦斥力就越大,所以一定是原子核所带电荷越小的原子核越容易发生反应,氘质子数是1,而氦3的质子数是2。在受控核聚变中,一定是氘-氘核聚变反应需要的温度更低,反应条件更宽松;氘-氦核聚变反应需要的温度更高。

这样就产生了一个问题,在托卡马克装置升温的过程中氘核会自己先发生聚变反应将原材料耗尽,最后只剩下氦3,而氦-氦核聚变反应原子核之间的斥力非常大,没有足够的反应截面积,达不到反应速率,无法进行核聚变反应。

所以想要通过氦-3和氘核进行核聚变反应在理论上也是做不到的。


科学薛定谔的猫


这个问题并不怎么严谨,不是没有人把月球的氦三运回地球,而正是人类把月球土壤带回来才发现其蕴藏着大量的氦三资源!

美国在上个世纪60年代末七十年代初就成功登陆月球6次,每次可都是往地球带回月球土壤的,这里面就包含着氦三。我们对月球氦三的初步认识就源于人类带回来的月球土壤!


其实我认为大肆渲染月球氦三资源有种哗众取宠的感觉!

目前各个有能力的国家都争先恐后地进行登月比赛,比如发射各种探测器什么的。如果仅仅只是为了攀比就盲目登月,各国的纳税人怕是不同意!

月球上的确蕴藏着大量的珍贵资源,包括氦三。而各国政府为了在太空竞争上不落后于他国,就不得不得画一个看起来切实可靠的大饼给民众。政府会说:你们都看,月球上有那么多氦三,这些都是核聚变的理想原料,而地球上的氦三却极为稀有,我们再不抓紧研究月球可就真落后了。


其实氦三的确有一个很大的好处,那就是核聚变中不会产生较大辐射。因为氘-氦3热核反应只会产生带电的粒子,只要这些粒子带电,就可以在磁场的作用下被束缚起来,不至于让这些粒子产生外部辐射!而其他类型的核聚变就会产生中子,这些高能的中子不带电,你无非通过磁场约束它们,目前人类还没有较好的办法应付这些高能中子的破坏!

地球上的氦三资源极其短缺,其储量大概不足500kg,而月球上富含着上百万吨的氦三。科学研究表明:1万吨氦3就足够人类使用一个世纪!整个月球氦三储量足以让人类安然享用1万年!

但是这里面有个很大的逻辑问题

可控核聚变人类目前看来是掌握不了了,起码要等一个世纪。即便人类现在开采了月球的氦三,那也是一堆无法大规模实用的资源。因为可控核聚变技术的掌握还遥遥无期!

目前中国,印度,日本,欧盟和NASA以及Space-X都在寻求降低登月的成本。

我认为人类会恰巧同时掌握了低成本登月技术和可控核聚变的技术,那时候再开发月球的氦三为人类服务才是天时地利人和的最佳时机。 但是我认为这样的愿景大概会在本世纪末才会实现!


科学认识论


氦-3是氦的一种没有放射性的同位素,它被用于核聚变反应不会造成辐射,所以这是一种理想的清洁能源。虽然月球上的氦-3储量非常丰富,多达上百万吨,但问题是人类至今还没有掌握可控核聚变,所以现在就去把氦-3运回来干啥?

虽然人类已经掌握了核聚变反应——氢弹,但这是不可控的,无法用于生产生活。现在,各国正在努力研究可控的核聚变反应——氘和氚、氘和氦-3或者氦-3和氦-3,但至今还未取得实质性的突破。

只有当可控核聚变可以成功商业化了,人类才会想着去月球把氦-3运回来。但这还要面临很多难题。首先,要把氦-3大量运回来,需要大型的火箭以及月球基地。其次,从月球运回的氦-3不是纯净物,而是需要从月球表皮土中提取,这又是一道技术难关。因此,利用月球氦-3可能面临很大的成本问题。如果这些问题能够解决,那时才会真正开启月球大开采时代。


火星一号


这个问题我想有三个方面的问题,最主要的还是现在尚无法使用。另外月球上开采能力尚不具备,以及运费太高昂,是目前没有人运回地球的原因。

氦-3发电主要是通过核聚变方式。可控核聚变的攻克,将在一个相当长的阶段解决人类能源危机问题,将是人类从石油文明走向核能文明的标志,是人类文明的一次重大突破。

目前世界上可控核聚变正在公关,但进展并不快,还只能在实验中短时间内实现对超高温等离子体的约束,还有太多的难题需要世界各国合作攻克。有科学家预测,可控核聚变有可能在2015年左右进入商业化运行,2050年广泛的造福于人类。

这个预测并不是很精确的,还有很多变数。因此在核聚变发电没有实现之前,过早的开采月球的氦-3实在没有必要。

况且可控核聚变的原材料并不一定非要使用月球上的氦-3。

核聚变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个氘原子,可产生300公升汽油的能量,每1立方公里海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量,所以地球可聚变能源是取之不尽用之不竭的。

所以即使开始了可控核聚变发电的商业运行,也不一定要采用月球上的氦-3,到了那个时代,就看那种原料的成本低了。

从现在看来,开采月亮氦-3资源的成本还是个天文数字,无法估量。

月壤中富含氦-3,但我没有查到氦-3在月壤中到底具有多少含量,只知道大约总量在100-500万吨,100吨就够人类一年发电使用,所以月球上的氦-3可供人类使用10000年以上。

根据某些资料介绍,每提取1吨氦-3,还能够得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳,这说明提炼1吨氦-3至少需要月壤数万吨吧,我们总不能把成千上万吨的月壤运到地球上来吧。

这就必须在月球上把氦-3提炼出来,才能运回地球使用。提取是一个及其复杂的过程,首先要将月壤加热到700摄氏度以上,才能从中提出到氦-3。

要提取氦-3,就必须在月球上建立基地,这谈何容易。

迄今为止,人类还只有美国在上世纪实现了载人登月,其他几个航天国家,包括中国,上月球还只能派出无人探测器。

太空运输成本及其高昂,据说航天飞机运送1公斤物质到太空站需要花费2.2万美元。太空站距地表只是400公里,而月球距离我们38万公里。

而且登陆月球的难度完全不能用距离叠加来计算,即使要运回1公斤的月壤,也要花费天价。所以现在开采和运送氦-3回地球还完全是个不切实际的空想。

美国已经开始实施载人重返月球计划,2020年开始实施,计划中就含有建立月球永久基地的内容。开始用机器人建设,建成必要的生活设施后开始派人常驻,渐渐形成永久基地生态循环能力,再开始进行一些生产活动。

这个过程需要几十年的时间,让我们拭目以待。

这就是时空通讯的看法,欢迎点评。谢谢支持关注和理解。


时空通讯


月球上氦-3发电够全人类用上万年,为什么没有人运回地球?

其实很简单,以人类的科技连最低要求的氚氘聚变都没有达到,由何来氦3聚变呢,暂时没有这个需求,为什么现在就要大规模开发月球上的氦3,人类是很现实的,对于未来有需求却前途未卜的需求,从来都是以研究为主,未来的氦3时代到来,经济利益会促使这个进程加快进行,现在要做的是宇航技术的进步!

从这个路线图可以看出,我们正在前往第一代核聚变的道路上挣扎着,这个聚变要求是比较低的,聚变温度约为5000万-1亿度,还会产生不好处理的中子,但未来最终将实现氦3聚变,没有中子的聚变才是真正干净的聚变,暂时的终极追求差不多就是这个了。

以ms计的聚变堆内部等离子体约束过程,最后的一闪就是破裂了,约束失败,这个是托卡马克结构的聚变堆内部

托卡马克内部结构

仿星器的结构

磁约束两种典型的结构:托卡马克和仿星器,相传仿星器的结构更合理一些,但ITER用的是托卡马克结构,EAST也是哦

惯性约束核聚变装置NIF的内部

位于靶室中央的“燃料球”,点火时192束强激光同时“轰击”燃料球

所以,八字还没那一瞥,氦3的开采计划还很早呢,但只要实现了核聚变,即使只是氚氘聚变,氦3的开发马上就会提上日程,无论是经济利益驱使还是抢占月球资源考虑,都会闻风而动.....


星辰大海路上的种花家


其实很简单,科学家倒是想利用月球上的氦-3这种清洁能源,但问题是人类科技还远没有达到能够利用氦-3来聚变产生能量发电,科学家甚至连最基本的氢核聚变都没有完全掌控!

这就像地球上的,海水本身也是能源,如果能把谁分解成氢和氧,也是非常清洁高效的能源,但受制于技术环节还没有突破,只能“望洋兴叹”!

同时,运输费用也足以高得吓到我们。虽然人类探测器早已经到达月球,但截止目前也只有美国实现了的载人登月,而且每次登月的费用高达数十亿美元,就算美国再有钱也得掂量掂量!

而如果想要在月球上开采氦-3,困难程度和费用更加不可预测。所以将来等技术成熟以后,也不太可能把氦-3运回地球,更可能出现的是在月球上建立基地,直接开采利用!

所以,不用对月球上的氦-3“虎视眈眈”了,科学家们只要把完全掌控了核聚变,能够像驾驭石油煤炭那样使用核燃料,地球上的核燃料也够人类用很久了!不过如果人类能够成功驾驭核燃料,我们星际旅行的速度会有质的提高,届时开发月球甚至火星资源会水到渠成!


宇宙探索


人类没有可投入实用的可控核聚变设备,也没有采集月球氦-3资源的能力。月球氦-3储量百万吨,远远超过地球上的500公斤。却只能眼红而没办法开采。

这也是美国当年登月后不再登月的原因,登月本身需要耗费大量资金,但是月球的资源人类目前的科技完全无法采集,带回来几百公斤分给各国研究就已经是很了不起的成就。氦-3的采集,需要土壤进行加热,先让氦-3资源析出。而从月壤中提取1吨氦-3,还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳,言外之意就是需要处理大量的月球土壤才可以得到1吨氦-3。

不过一些科学家着眼于未来,认为人类有必要建设并维持一个庞大的月球基地,用于科研和氦-3资源的开采。但预计至少要花费2000亿到3000亿美元,才能建起一个可供使用的基地,如果建设提取氦-3资源的基地,耗费的资金还要增加不少。

另一点核聚变技术,听起来十分美妙,然而应用氦-3作为原料却比人类目前研究的以氘为原料的核聚变技术更加苛刻。而人类目前连氘聚变技术都还没实现,即便采集了月球氦-3也不能应用。而氘在地球海洋中的储量却比较丰富,如果人类可以实现氘的可控核聚变,短时间内也没必要采集月球氦-3。


来看世界呀


地球上极度稀缺的氦-3,用来做

核聚变发电的燃料不仅效率高,而且没有辐射。氦-3在月球约有上百万吨,够全人类用上万年。

然而,人类已经有46年没有再登陆月球了,为什么不考虑把月球的资源运回地球呢?

回忆大航海时代,哥伦布发现北美洲,这是一片全新的土地,有丰富的物产资源,土著还能当苦力,从此,人类进入了新的纪元。

但是月球和北美洲不一样啊,载人航天火箭不是哥伦布的小破船啊,花上千亿美元,去月球搬砖?更悲催的是,就算把月球土搬回来了,地球上的科学家还没办法让氦-3乖乖的在核电站工作呢。

说到这应该明白为什么人类不登月了,性价比实在太低。各国都改用探测器,探索月球、火星等等天体。以前登月是一种炫耀国力的方式,如今在和平年代,一切随缘吧。也许等到

地球资源枯竭,科技又足够发达的时候,月球才会变成人类的「北美洲」,资源随用随取,甚至变成人类飞向太空的天然中间站,像大航海时代的深水不冻港。


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