广寒宫的能源

　　1969年7月20日,美国的＂阿波罗-11＂号飞船成功地把航天员尼尔·阿姆斯特朗和艾德温·奥尔德林送上了月球。此后,又有5批共10名航天员先后追随＂嫦娥奔月＂。1972年12月7日~10日，美国航天员哈里逊·施米特和罗纳德·伊万斯及尤金·塞南乘＂阿波罗17＂号飞船参加了最后一次登月飞行。这些航天员不仅在月球上进行了科学考察,还带回了368公斤岩石和尘埃标本。
　　科学家们对标本进行分析后，从中发现了55种矿物，其中有6种矿物至今在地球上还没有发现过(例如三斜铁辉石、钛镁铁矿、钛镁尖晶石等),此外,还发现月球上有丰富的氦-3,而地球上没有天然的氦-3元素。
　　氦-3是氦的同位素,什么叫＂同位素＂?这要先说一下化学元素周期表,大家知道,每个化学元素在元素周期表中的位置是根据元素原子核内的质子数来决定的。有些元素的质子数相同,而中子数却不同,但在元素周期表中的位置却一样,人们就将这类元素通称为同位素。氦的同位素氦-3 同氢的同位素氘和氚-样,是很有用的热核聚变燃料。
　　美国曾生产过少量的氦-3,是作为它的核武器计划而人工生产的,但每年只能生产20公斤左右。而仅一个大型的氘-氦3反应堆就需要40公斤氦-3。因此月球上丰富的氦-3极大地吸引了地球上的能源专家。美国和日本的科学家已经制定了从月球开采氦-3的宏伟计划。
　　日本名古屋国家核聚变科学研究所的核工程学教授弘百田(Hiromu Momota)说，终有一天我们将开采月球这种有价值的能源,作为核聚变的燃料,而且这一天不会太远，它不是在几百年之后，而是在下世纪初就可能成为现实。因为用氦-3可建立更简单、更便宜和更洁净的核聚变装置。利用这种装置不仅可以用来作航天飞机的动力，甚至还可以用于产生治疗癌症的高能射线束。
　　目前世界上正在建立的实验性核聚变反应堆是用氢的两种同位素氘和氚作燃料。它的特点是必须在非常高的温度下才能产生核聚变,用聚变中产生的强大中子流加热反应堆周围套筒中的水，使水变成蒸汽，再驱动汽轮机发电。
　　这种装置有一个缺点,即中子流猛烈撞击并通过反应堆时，会使反应堆壁变脆并产生放射性。同时还可能使用来产生强大磁场的超导磁体过热而烧毁(超导磁体是用来产生磁场使氘和氚的高温等离子体悬空在反应堆中而不让它们和反应堆壁接触，以免烧毁反应堆内壁的),这对核聚变反应堆的安全显然是一种极大的威胁。
　　而用氦-3代替氚作核聚变的燃料,情况就会发生戏剧性的变化。因为氦-3在聚变过程中不是产生中子而是产生高能的质子。质子带正电荷，这意味着可以用磁场和电场来控制它,使它远离反应堆的内壁并可以用一个强大的磁场使这些质子减速，迫使它们将能量直接转变成电能。
　　据计算,月球岩石和尘埃中所含的氦-3,通过热核聚变产生的电能超过了美国目前总能源需求量的50万倍。在月球上为什么有如此多的氦-3呢?科学家们研究后发现，在月球表面上有一种丰富的钛矿床，它们的作用就像海绵一样吸收由太空的太阳风带来的氦-3粒子。据测算,自月球形成以来的40亿年间，上面的钛矿藏已吸收了大约100万吨氦-3，它几乎全部集中在月球表面3米内的土壤中。
　　1986年,威斯康星迈迪逊大学的物理学家约翰·桑特利斯曾提议用自动挖掘机开采富钛土壤,然后用一个轨道反射镜将太阳光聚焦,将富钛土壤加热到700 ，在这一温度下,85%的氦-3可以和其他气体(如氧、氢、氮及二氧化碳等)一起蒸发出来,然后再从这些混合气体中分离出氦-3。在夜间，月球上的温度可以降低到零下100 。利用不同气体的不同液化温度，估计比较容易分离混合气。这样，氦-3可以运回地球，而其他气体对人类移居月球也是很有用的。科学家们估计，在月球上生产氦-3这种核聚变燃料，成本可能会降到每公斤10万美元左右，而现在美国在地球上生产同样重量的氦-3，每公斤要花70万美元。