月球有丰富的氦3资源吗?

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广西师范大学出版社
2019-08-01 · 一切为了人与书的相遇。
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2007年11月,中国发射了首颗月球观测卫星“嫦娥1号”,它的任务之一是对月球表面14种有开发利用和研究价值的元素含量与分布进行探测。日本也在2007年发射了首颗同类型的探月卫星“月亮女神”,印度宣称将在2008年发射类似的探月卫星。美国、俄罗斯和欧洲航天局也高调地公布了自己的探月计划

月球拥有极为丰富的矿产资源。根据科学家对月球岩石和土壤的研究分析,月球不仅含有地球上的全部元素和几十种矿物,甚至还有地球上没有的6种矿物。月球的稀有金属资源量比地球还多,其中铀的资源量约50亿吨。

最令科学家们惊喜的是月球土壤中含有丰富的氦3。氦3是氦的同位素,其原子核中含有两个质子和一个中子,可以和氢的同位素氚发生热核聚变反应,所释放出的能量可用来发电。在这一过程中产生的中子很少,所以放射性小,反应过程易于控制,既环保又安全。

氦3主要来源于太阳内部核聚变,随着太阳风飘落至周围的行星。由于地球周围覆盖着厚厚的大气层,阻隔了太阳风,氦3难以直接抵达地球表面,所以地球上的氦3天然储量非常低,总共不超过数吨。

月球几乎没有大气,太阳风可直接抵达月球,所以月球上的氦3储量非常可观。科学家通过月球土壤样品估算,月球上氦3的储量至少有5亿吨。如果采用氚与氦3核聚变发电作为替代能源,全中国每年只需10多吨氦3、全世界只需100多吨,就能满足所有的能源需求。也就是说,月球上的氦3足以供人类使用上万年。

据估算,只要在10~15km3范围内挖掘深度为3m的月壤,即可获得约1吨氦3。以目前全球电价和空间运输成本算,1吨氦3的价值约为300亿元人民币,用专门的飞船从月球运回1吨氦3的总费用约为3亿元,表明开发月球氦3有利可图。而且随着航天技术发展,空间运输成本肯定将大大下降。预计到2050年前后,即可实现利用氦3进行商业性核聚变发电。

开发利用月壤中的氦3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一,能够满足地球人类社会长期稳定、安全清洁和廉价的能源需求。

目前,美国已宣布在2018年之前将宇航员再度送上月球,最终在月球上建立一个由生活区、发电厂、化工厂、采矿和储运等设施组成的常驻基地,利用月球资源生产饮用水、燃料和其他必需日用品,用月球挖土机开采出氦3并将其运回地球。俄罗斯和欧洲航天局也提出了类似的建立月球基地、开发月球氦3计划。每年由大气进入地球土壤中的氮量

18世纪的欧洲科学家发现,木炭在玻璃罩内燃烧后能够生成“固定空气”(即二氧化碳)。当用碱液吸收了这些气体后,玻璃罩内仍有很多气体剩余下来。这种剩余气体能够闷死老鼠,且不助燃,法国化学家拉瓦锡称之为“氮气”,意思是“无益于生命”。他认为,空气是由氧气和氮气组成的混合物。

现在我们知道,拉瓦锡认为氮对生命无益,实在是大错特错。因为氮是构成生物体的一种必需元素,所有动植物体内都含有氮,用来构造DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)分子和蛋白质。

地球上绝大部分的氮是以氮气的形式存在于大气中,约占空气体积的78%。在地壳中,氮的含量仅为0.0046%,它的最主要的矿物是硝酸盐。在自然界中,氮不断地进行循环,以维持生态平衡。

空气中的氮分子过于稳定,不易被植物直接吸收。只有通过细菌和闪电的作用,氮气才会从空气中析出,变为活性氮进入土壤里,形成氮化合物,然后被植物吸收,变成有机氮化物,并将这些物质用于制造氨基酸,构成蛋白质,在活细胞中发挥许多重要功能。人类与动物主要从食物中的蛋白质获得氮化合物,由于不存在代用品,要维持正常的营养,必须保证最低的氮摄入量。

动植物的尸体及排泄物被微生物分解后,其中大部分氮化合物转变为氨,氨被土壤吸收转变为硝酸,成为肥料,又会再次进入植物和动物体内;还有一部分由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被微生物还原成为氮气,重新回到大气中,开始新的氮循环。

根据科学家的估算,每年因雷雨而由大气进入地球土壤中的氮约有4亿吨,此外大约有2亿吨各种氮肥施入全世界的耕地,其中大约有一半被农作物所吸收。

在工业上,氮主要用于合成氨,由此制造化肥、硝酸、染料和炸药等;氨还是合成纤维(如锦纶和腈纶)、合成树脂、合成橡胶等的重要原料。坚硬的氮化硅可以用来切削金属。由于氮气的化学惰性,常用作保护气体,以防止某些物体暴露于空气时被氧化。博物馆经常把贵重的书画作品保存在装满氮气的圆筒里,因为蛀虫在氮气中不能生存,也就无法蛀坏文物。用氮气填充粮仓,可使粮食等农副产品处于休眠和缺氧状态,代谢缓慢,取得良好的防虫和防霉变效果,便于长期安全存储。

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