氦-3(氦-3的性质和用途)

氦三元素是什么

氦-3是氦元素的一种同位素，原子核中包含两个质子一个中子。而地球上普通的氦元素其实是氦-4，即原子核由两个质子两个中子构成。在地球上，氦本身就是一种稀有元素，地球的大气中含有微量的氦，但人类平时生产（如MRI冷却用的液氦）生活（如氦气球，变声氦气）中利用的氦其实来自于地下。地壳中的重元素衰变会不断产生氦，然后这些氦因为体积小且质量轻，最终会沿着地层缝隙释放到大气中，最终地球深层产生的大部分氦都会经由大气逸失到宇宙空间。氦本身已经无比稀有了，而氦-3跟氦-4比，含量又仅仅只有后者的数百万分之一。因此，在地球上氦-3极为珍贵

氦-3的性质和用途

氦-3是一种无色、无味、无臭、性质稳定的氦同位素。1996年，科学家发现氦-3具有作为核聚变燃料的非凡性能。采用氦-3为燃料的核聚变比用氢做燃料进行核聚变还要安全、清洁，效率更高，容易控制，产生的放射性物质微乎其微。因此，即使将氦-3核电站建在闹市区内也是安全的。

可惜的是，氦-3在地球上却难觅踪影。据估算，氦-3在全世界的总储量不超过100千克，而且大部分是由核弹头中的氚衰变而成，即使加上深海气井和火山气中氚衰变的氦-3，全世界一年最多也仅能获得10～20千克。这点“产量”，即使用作科研也显得捉襟见肘，哪里还谈得上用于核聚变燃料来发电呢！

那么，氦-3还会藏在什么地方呢？科学家发现，氦-3在月球上储量巨大，估计有100万吨氦-3嵌附在月球表层，只需加热到合适的温度，90%以上的氦-3就会释放出来。据估计，每年只需在月球上开采1500吨氦-3就可满足全世界的能源需求了；整个月球上氦-3的总储量，大约可供人类使用700年，这是个多么诱人的数字啊！

氦-3罕见于地球，却在月球上大量储存，其主要原因在于，月球作为太阳风粒子的收集器，在形成至今的40亿年时间里，有2亿～5亿吨氦-3粒子打在月球表层10～50米深的土壤内。由于月球自身没有磁场，才使氦-3粒子能在月壤内“安营扎寨”。相比之下，地球上的氦-3粒子在地球磁场的作用下，沿着地球磁力线慢慢扩散，最终被大气层“俘获”而消失。

月球还是“冶炼”氦-3的绝佳场所。那里的环境是高真空，低引力（仅为地球引力的1/6），温度高，温差大（白天可达130℃，晚上可降到?183℃），正好可将月壤加热并实施氦-3和氦-4低温分离。虽然月地路程遥远，但在月球上开采、加工氦-3，然后将其运回地球发电，其性价比还是很高的，整个过程耗能和发电产能之比高达1∶250。据计算，飞船一次可从月球运回20吨液化氦-3，几乎可供应美国一年所需的电力用燃料。如果氦-3能在月球上直接发电，再输送回地球，还可省去飞船运输的费用呢！

氦-3是如何进行核聚变的

只要温度足够高，任何两种比铁轻的原子之间都可以发生聚变反应，其中又以氢-3和氢-2之间的聚变需要的条件最低，只需要数千万度的温度，但是氢-3是半衰期为12.4年的放射性元素，自然界并不存在氢-3。退而求其次，氦-3和氢-2之间的聚变反应也只需要一亿度左右的温度，其他聚变反应（例如氘氘聚变）需要的温度至少一亿度以上。

现在的托卡马克装置都是针对这两种最容易实现的聚变反应设计的，也就是说它们能提供的温度只能保证长时间发生这两种聚变反应，预计本世纪中叶有望投入商业化。

氦-3和氢-2（就是氘）聚变生成氦-4和质子（就是氢）。

氦三是什么

氦-3(He-3)气体无色，无味，无臭稳定的氦气同位素气体，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6.032m3/kg沸点-452°F(-270°C)。氚衰变可得到氦-3并放出β射线。

氦3如何聚变

氦3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。氦3原本大量存在于太阳喷射出来的高能粒子流——太阳风中。在几乎没有大气的月球上，太阳风直接落到月球表面，日积月累，在月面的沙粒、岩石中，氦3的含量越积越多，成了月壤重要的组成部分。

氦3最吸引人类的就是它作为能源材料的优秀“潜质”。

氘和氦3可以进行核聚变，这种聚变不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，可算是既无污染又安全。氦3不仅可用于地面核电站，而且特别适合作为火箭和飞船的燃料，用于宇宙航行。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。

1吨的氦3，足以保证一个功率1000万千瓦的发电机组工作1年。每燃烧1公斤氦3就可产生19兆瓦的能量，足够供莫斯科市照明用6年多。一个百万千瓦的火力发电站，每年消耗的煤是210万吨；如果这个发电厂是裂变核电站，它需要30吨的核燃料。可如果它是核聚变发电厂，燃料只需要600公斤。

据专家计算，如果采用氦3核聚变发电，美国年发电总量仅需消耗25吨氦3；中国1992年的年发电总量只需8吨氦3，全世界一年有100吨氦3就够了。以目前全球电价和空间运输成本算，1吨氦3的价值约40亿美元，而且随着空间技术发展，空间运输成本肯定将大大下降。

最近法国科学家宣布，2030年，利用氦3进行核聚变发电将实现商业化。据估算，月球上有300万到500万吨的氦3储量，能够支持地球7000年的电量！

相比目前正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变装置来说，用氦-3来进行核聚变反应具有比用氚作燃料有更多的优点，主要表现在：①反应产生的能量更大；②传统的氚核反应过程中，伴随核聚变能的产生，要产生大量的高能中子，而这些中子能够对核反应装置产生广泛的放射性损伤；相反的，若用氦-3作为反应物，则主要产生高能质子而不是中子，对环境保护更为有利；③氚本身具有放射性，而氦-3则没有。

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