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氦3如何聚变?

2023-03-29 03:00:51 编辑:zane 浏览量:586

氦3如何聚变?

答:氦3是1969年美国科学家从月球带回的尘土中发现的。氦3是氦的同位素,普通氦的原子核有两个质子、两个中子,是氦4。而氦3的原子核也有两个质子,但只有一个中子。用氦3聚变成氦来发电的优势在于:核反应温度低,所以易于实现商用化。原子反应的燃料和生成物都是惰性气体,所以更安全,决不会发生事故。反应过程中不产生无法控制的中子,可以保护炉壁,无辐射,更环保。利用氘和氚聚变发电,通常需要一亿度以上的高温,而容器的外壳通电的线圈为了实现超导,又需要零下二百多度的低温,如果改用氦3,中心高温有三千万度就够了,所以易于实现。地球上的氦气主要从天然气里提取,天然气中约含千分之三的氦气(美国的天然气中含氦气最多,有的地方竟高达17%),但天然气中的氦气中氦3却只有百万分之三,地球大气中虽有十几公斤氦3,但都在100公里高空的电离层下方,并且非常分散,几乎无法收集和提取,地球上总共氦3不足100公斤。 太阳上每时每刻都在产生大量的氦3,虽然也通过黑子爆发和日冕等形式不断向太空喷发,有些通过太阳风来到地球附近,但是却因为地球有大气和磁场,被引向南北两极,无法来到地球表面。 月亮就不同了,月球既无大气又无磁场,氦3可直接到达月球表面并在尘土中沉积,所以月球在40亿年漫长岁月的积累中,表面的尘土中含有丰富的氦指埋搏3。据估计,月球的氦3储量有100万吨到500万吨,足够人类使用几千年。按照2006年的能量消费水平,美国每年使用25吨氦3就能保证全国用电量,中国用10吨就够了,全世界每年使用100吨氦3就能满足能量需求。这些氦3可以用一架航天飞机飞4到5个往返从月球运回,成本不足烧煤的十分之一。可见前景十分诱人。氦3的应用遇到的最大的麻烦是:利用受控核聚变来发电的方法直至目前还没有研究出来,即便有了氦3也毫无用处。只有受控核聚变发电的方法成熟了,氦3就大有用武之地了。其实液毕,真的要到月亮上去开采氦3还有很多技术问题没有解决:在月球上10~15平方公里的面积上深3米的月球土壤才有1吨氦3,但同时还有2000吨氦4,如何把三千万立方到五千万立方月壤加热到800度让氦气跑出来?使用何种能源?另外, 如何从2000吨氦气中把这1吨氦3分离出来?航天飞机虽然能载货25吨没有问题,但氦3密度非常低,只有134.5 g/m3,是空气的九分之一,装25吨氦3就要18.6万立方米唯祥的大容器,得用一个直径50米,长100米的折叠式大皮囊挂在航天飞机后边拉回来,当接近地球时,麻烦就来了:根本落不到地面上来,航天飞机被上浮的气囊吊着,吊在一万五千米高空下不来,而且没法救援:直升机飞不了那么高,普通飞机又停不下。所以这个办法行不通。如果加压至100公斤(10MPa),这样,用直径7米、长50米或直径5米、长100米的压力容器就可以了,但这要防止回地球时摩擦产生的高温使压力增高引起的容器爆炸,一旦爆炸,就是“鸡飞蛋打,人财两空”。若使用冷却成液氦也困难重重,主要是液氦3沸点太低了,只有-270.98°C。如何获得低温?

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