您的位置 首页 科技

中国科学家:“月壤玻璃”为捕获和保存氦-3 的关键物质

IT之家 6 月 11 日消息,据央视新闻报道,近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、航天五院钱学森实验室、中国科学院物理研究所和南京大学等联合团队,对嫦娥五号月壤颗粒中的氦原子进行了探测和研究。发现月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃。研究人员在玻璃层中观测到了大量的氦气泡,直径大约为 5~25nm,且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的界面附近。而在颗粒内部晶体中,基本没有氦气泡。鉴于氦在钛铁矿中的高溶解度,研究人员认为氦原子首先由太阳风注入钛铁矿晶格中,之后在晶格的沟道扩散效应下,氦会逐渐释放出来。而表层玻璃具有原子无序堆积结构,限制了氦原子的释放,被捕获并逐渐储存起来,形成了气泡。

IT之家 6 月 11 日消息,据央视新闻报道,近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、航天五院钱学森实验室、中国科学院物理研究所和南京大学等联合团队,对嫦娥五号月壤颗粒中的氦原子进行了探测和研究。发现月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃。研究人员在玻璃层中观测到了大量的氦气泡,直径大约为 5~25nm,且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的界面附近。而在颗粒内部晶体中,基本没有氦气泡。鉴于氦在钛铁矿中的高溶解度,研究人员认为氦原子首先由太阳风注入钛铁矿晶格中,之后在晶格的沟道扩散效应下,氦会逐渐释放出来。而表层玻璃具有原子无序堆积结构,限制了氦原子的释放,被捕获并逐渐储存起来,形成了气泡。

中国科学家:“月壤玻璃”为捕获和保存氦-3 的关键物质

▲ 图源:中国科学院宁波材料技术与工程研究所

据中国科学院宁波材料技术与工程研究所网站,氦-3 作为氦(元素周期表中第二个元素)的一种同位素,在能源、科学研究等领域具有重要应用价值。比如,作为一种可控核聚变的燃料,氦-3 核聚变产生的能量是开采所需能量的 250 倍,是铀-235 核裂变反应(约为 20)的 12.5 倍。100 吨氦-3 核聚变产生的能量即可供应全球使用 1 年,且氦-3 核聚变过程无中子二次辐射危险,更加清洁和可控。另外,氦-3 是获得极低温环境的关键制冷剂,是超导、量子计算、拓扑绝缘体等前沿研究领域的必需物质。然而,地球上氦元素主要是氦-4,氦-3 储量只有 0.5 吨左右,远远无法满足现有需求。

氦-3 是太阳风的重要成分,月球由于常年受太阳风的辐照,储存了大量氦-3。但是为什么月球具有丰富的战略资源氦-3?氦-3 在月球上是以什么形式储藏的?这些问题还没有明确的答案。探索月球资源,特别是氦-3 的含量、分布和开采,已经成为当前国际深空探测的必然趋势和主要任务。因此,从 20 世纪末开始,全球掀起了新一轮的月球“淘金热”,使探月工程和科学研究达到新的高潮。但是如何原位、高效开采氦-3 还是科学和技术难题。以往研究认为氦-3 溶解在月壤颗粒中,提取氦-3 受扩散速率限制,需要 700℃以上的高温,不但耗能较高,而且速度慢,不利于在月球上原位开采。因此,探明月壤中氦-3 的储藏形式,对未来认识月球是如何捕获氦-3,如何开发利用氦-3 资源至关重要

IT之家了解到,科研团队工作表明,通过机械破碎方法有望在常温下提取气泡形式储存的氦-3,不需要加热至高温。而且,钛铁矿具有弱磁性,可以通过磁筛选与其他月壤颗粒分开,便于在月球上原位开采。通过进一步计算,研究人员发现气泡中的氦气原子的数密度达到 50-192 He / nm3,具有极高的压力。根据月球上钛铁矿总量估算,以气泡形式储藏的氦-3 总量或高达 26 万吨,如果全部用于核聚变,可以满足全球 2600 年的能源需求。这些结果不但为月球上氦-3 的富集机理提供了新的见解,也为未来月球氦-3 的原位开采利用奠定了理论基础,对探寻月球资源的有效利用路径具有重要意义。

本文来自网络,不代表睿景网立场,转载请注明出处:http://www.luijing.com/keji/110277.html

为您推荐

发表评论

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注

联系我们

联系我们

在线咨询: QQ交谈

邮箱: 78799268@qq.com

工作时间:周一至周五,9:00-17:30,节假日休息

关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

返回顶部