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[趣味科普] 什么？地球漏气了？

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陌峥

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举报 只看楼主 使用道具 楼主   发表于: 2023-11-06 0

此前，有报道称：“科学家发现，有一种宇宙大爆炸后形成的氦-3 气体正不断地从地核向外部泄漏。”这份报道让很多人感到诧异。地核分为内外核，外核是液态，内核推测是固态，主要是由铁、镍元素组成的高温，高密度的固态物质，其温度可达 4000~6800℃。那么，地核中的氦-3 气体到底从何而来，为什么科学家会如此关注这件事呢？


氦-3 是什么？

学过化学的朋友都知道，氦气是一种无色无味，密度很小的单原子气体，它的化学性质稳定，不容易与其他物质发生化学反应。氦元素在整个元素周期表中排第二位，根据氦原子核内中子数量的不同，又细分成了多种同位素。地球上，绝大多数的氦原子核都是由两个质子和两个中子组成，也就是氦-4 ，其比例占到了地球上所有氦元素的 99.99986%。此外，氦原子核的另一种稳定结构仅由两个质子和一个中子组成，称为氦-3，其含量仅占 0.000137%。


地核中的氦-3 与地球起源有什么关系？

氦-3 的生成方式有很多，比如，我们可以利用氚的放射性衰变来获得。不过，氚的半衰期较长，有十二年之久，用这种方式产生氦-3 的效率很低。其实，宇宙中绝大部分氦-3 都来自于 138 亿年前的宇宙大爆炸。它与地球起源有什么关联呢？

宇宙中的星云是由气体和尘埃组成的，大部分是氢气，其次是氦气，还有其他金属和非金属元素。太阳系的前身正是一团体积庞大、不断旋转的星云。

学术界普遍认为，地球是在太阳星云向太阳星系转变的过程中应运而生的，它不断聚合那些飘浮在星云中的岩石和尘埃，然后挤压成形。在这一发展过程中，地球产生的引力将星云中的气体吸引到地球周围，漂浮在太阳系中的氦-3 也顺理成章地被带入到了地球内核之中。

此次在地核中侦测到不断向外泄漏的氦-3 就是这一地球起源学说的有力证明。


氦-3 ——完美的核聚变燃料

科学家对氦-3 气体如此关注，不仅是因为这种气体极其稀有，更重要的是氦-3 本身还是一种开发潜力巨大的能源。

目前，人类进行的关于核聚变的研究是建立在以氘和氚为核燃料的基础上的，这两种核燃料虽然反应条件苛刻，但是它们在地球上的储量可观，且释放的能量大，受到了科学家们的青睐。

美中不足的是，氘和氚聚变过程中会释放出大量的中子，这些中子本身不带电荷，无法被磁场所束缚。这些中子带有极高的能量，会直接轰击到内壁材料上，材料表面出现大量缺陷，造成内壁损伤，影响材料的力学性能，带来很严重的安全隐患。因此，科学家们希望能找到一种更安全的核燃料来推进核能源的开发和生产。

而氦-3 恰恰就是这样一种近于完美的核燃料，其聚变反应过程不会向外释放中子，只会释放带正电荷的质子。质子在磁场中可以得到有效的磁约束，因此聚变反应的安全性大大提高，不会产生过多的核废料。只可惜地球上的氦-3 含量太少，已探明可供人类开采的储量仅仅只有 500 千克左右，根本无法投入大规模生产。难道人类注定要与这种理想的核燃料擦肩而过吗？


答案在月球

月球，这个陪伴了地球 45 亿年的天然卫星，已经被探测到至少拥有 100 万吨的氦-3 储量。以目前的资源消耗水平来推算，这些储量足够人类使用 1 万年之久！

一直以来，月球对人类都有着巨大的吸引力。从上世纪开始，以美国和苏联为首的各个国家就开始争先恐后地向月球发射探索卫星，特别是美国曾先后多次从月球带回土壤样本进行研究，极大地提高了人类对月球的认识。

2020 年，嫦娥 5 号探测器成功发射，首次完成对月球的自动采样返回工作，带回了 1731 克月球土壤。通过对这些土壤的研究，我们对如何提取月壤中丰富的氦-3 资源有了更多的想法。

然而，时至今日，人类才刚刚揭开月球的面纱而已，开发月球上的资源更是困难重重。关于采集月球氦-3 的方法也仅仅是《太阳的距离》这部科幻小说里面的一个猜想罢了。

相信随着核工业技术和航空航天事业的发展，对于月球氦-3 等资源的开发一定能够实现。或许就在不远的将来，在月球与地球之间，来来往往的宇宙飞船正向人类输送着丰富的氦-3 资源，到那时，人类对于宇宙的探索和认识必将迈入一个崭新的阶段。


转自：科普中国

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感想：氦-3 我是第一次听说，毕竟对天文学不太了解，不过感觉这也算与我们息息相关吧，毕竟我们生活在地球上，总要对地球有更多的了解，才能更好生存和生活嘛，多学点知识。
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  • 风霁。

    		 派派币 +33 2023-11-07

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