隨著科技水平的持續(xù)進步，人類的能量消耗量也越來越大，即使在可以預見的未來里，地球上那點可憐巴巴的化石燃料也無法滿足人類日益增長的能量需求，所以人類迫切需要一種強大的能源，而可控核聚變可以說是人類的最佳選擇。

在核聚變反應過程中，較輕的原子核會聚合成較重的原子核，并因為質量的損失而釋放出大量的能量，與核裂變相比，核聚變的質能轉換率更高，并且其所需的核燃料也在宇宙中廣泛存在，所以如果人類掌握了可控核聚變，那就相當于擁有了幾乎用之不盡的能量。

由于直接進行氫原子核（即質子）的核聚變反應所需要的條件太高，因此人類暫時還只能從更重的原子核入手，而在可選的核聚變燃料之中，氦-3（He-3）可以說是最完美的了。

（注：氦-3是氦的同位素，其原子核由兩個質子和一個中子構成）

為什么說氦-3是完美的核聚變燃料？

目前人類正在研究的是氘（D）和氚（T）的核聚變，氘氚聚變的優(yōu)點是反應條件相對較低、釋放的能量高、反應所需核燃料相對比較容易獲取，但缺點是這種反應會產(chǎn)生大量的中子。

（注：氘和氚都是氫的同位素，氘原子核由一個質子和一個中子構成，氚原子核由一個質子和兩個中子構成）

因為中子不帶電，所以沒有辦法進行磁約束，這樣就會造成核聚變裝置的內壁會持續(xù)遭到中子的轟擊，因此需要不斷地更換內壁，而換下來的材料也可能會因為具備放射性而變成“核廢料”，從而導致核聚變裝置的成本高昂，而且還不容易控制。

上圖列出了常見的核聚變反應類型，可以看到，在這些反應中，只有第3種（即氘和氦-3的核聚變反應）和第5種（即只有氦-3參與的核聚變反應）不會產(chǎn)生中子(n），由于其產(chǎn)生的質子(p）帶正電，是可以對其進行磁約束的，因此對于人類的可控核聚變來講，這兩種反應都比氘氚聚變好。

需要注意的是，雖然第3種反應不會產(chǎn)生中子，但在反應過程中，核燃料中氘和氘卻可能發(fā)生核聚變（即第2種反應），這就可能會產(chǎn)生中子，相比之下，第5種反應不但釋放的能量高，并且還絕對不會產(chǎn)生中子，所以第5種反應才是最理想的，也正因為如此，氦-3才被認為完美的核聚變燃料。

氦-3好是好，但地球上的氦-3卻少得可憐，根據(jù)科學家的估算，地球上已知的氦-3儲量只有500公斤左右，也就是半噸，這也導致了氦-3非常昂貴，大概每噸價值30億美元。

不過好消息是，探測數(shù)據(jù)表明，月球表面就存在著大量的氦-3，初步估計其儲量有上百萬噸，是地球氦-3儲量的200萬倍，按照人類目前的能量消耗水平，這些氦-3可供全人類使用1萬年之久。相信大家在感到欣慰之余，不免也對此感到有些忿忿不平。

為何月球有上百萬噸氦-3，而地球只有半噸？

我們知道，太陽的光和熱其實也是來自于核聚變反應，在太陽這樣的恒星內部，其核聚變反應主要是“質子﹣質子鏈反應”。

如上圖所示，“質子﹣質子鏈反應”的核燃料其實就是質子（即氫原子核），整體上可以分為3步：1、質子和質子聚合成一個氘原子核；2、一個氘原子核與一個質子聚合成一個氦-3原子核；3、兩個氦-3原子核聚合成一個氦-4原子核，同時釋放出兩個質子。

由此可見，太陽內部其實一直在產(chǎn)生氦-3原子核，現(xiàn)在重點來了，這些氦-3原子核并不會全部都參與到“質子﹣質子鏈反應”的第3步之中，它們中的一少部分會通過太陽的輻射層和對流層來到太陽表面，并最終隨著“太陽風”一起離開太陽。

太陽風其實就是太陽發(fā)出的高速帶電粒子流，其速度很快（初速度可達每秒鐘數(shù)百公里），影響范圍可以高達120天文單位，而月球與太陽的平均距離僅有1天文單位，因此就會遭到太陽風的猛烈轟擊，久而久之，太陽風中的氦-3就在月球表面“堆積”起來了。

因此可以說，月球的上百萬噸氦-3基本上都是太陽給它“送”過來的，那為什么地球卻只有半噸氦-3呢？難道是太陽只給月球“送”不給地球“送”？

當然不是，實際上，太陽給地球“送”的氦-3還要多一些（畢竟地球的表面積比月球大），但地球卻直接“拒收”了，這是因為地球有一個強大的磁場，這可以讓太陽風“繞道而行”，所以太陽“送”來的氦-3就無法抵達地球表面。

既然如此，那地球上的這半噸氦-3又是哪里來的呢？

地球上的氦-3主要有兩個來源，一種來源是地球“天生”自帶的，由于氦-3是氦的穩(wěn)定同位素，因此在地球形成之時的氦-3就可以長時間地存在于地球內部，不過在地球上所有的氦元素之中，氦-3的所占的比例極少，只有0.000137%左右。

第二種來源則是宇宙射線與地球大氣層的相互作用，當宇宙射線中的快中子轟擊到大氣層中的氮-14原子核時就會發(fā)生反應，其反應過程如下圖所示。

可以看到，這種反應會生成碳-12和氚，而氚是放射性同位素，其半衰期約為12.43年，氚的衰變屬于β衰變，這種衰變會讓氚原子核內的一個中子轉變成質子，進而使氚衰變成氦-3。

由于上述兩種來源中的氦-3都非常稀少，因此地球上也就只有差不多半噸的氦-3了。

好了，今天我們就先講到這里，歡迎大家關注我們，我們下次再見。