氦-3是自然界中氦的稳定同位素,原子量为3.016,原子核由2个质子和一个中子组成。通常情况下,氦-3为无色、无味、无毒、不燃烧的惰性气体。在温度低于3.2K(-269.8°C)时变为超流体。
氦-3在地球上极为稀缺,因为它很难从自然界中产生或分离。地球上的氦-3主要来源于以下途径:宇宙射线轰击:当高能宇宙射线与大气中的原子核碰撞时,会产生一系列的核反应,其中一些会生成氦-3。然而,这个过程非常低效,每年只能产生约300克的氦-3。
三氚衰变:三氚是一种放射性同位素,有两个质子和一个中子,在12.3年的半衰期内衰变为氦-3和电子。三氚可以在自然界中由锂、硼等元素的中子俘获产生,也可以在人工核反应堆中由锂或重水的中子俘获产生。然而,三氚的总储量也很有限,估计只有约20吨。
原子弹爆炸:在原子弹爆炸时,会产生大量的中子和高温高压的环境,有利于氦-3的生成。据估计,在20世纪进行的核试验中,共产生了约230吨的氦-3。然而,这些氦-3大部分散失在大气中,只有少部分被收集和储存。
因此,地球上的氦-3总储量非常有限,估计只有约30吨。如果要用它作为热核能源,就需要寻找其他来源。而最有可能的来源就是月球。
氦-3可以作为一种强大而清洁的能源,为太空探索和地球发展提供动力。
太空飞行器的推进:使用氦-3和氘的热核反应,可以为太空飞行器提供高效而持久的推进力。相比于化学火箭发动机,氦-3热核发动机可以大大降低质量比和比冲,从而提高有效载荷和飞行速度。例如,使用氦-3热核发动机,可以在几天内从地球飞到火星,而不是几个月.
地球的供电:使用氦-3和氘的热核反应,可以为地球提供清洁而安全的电力。相比于传统的裂变或聚变反应堆,氦-3热核反应堆不会产生放射性废物,也不会造成核泄漏或核扩散的风险。例如,使用1吨的氦-3和0.67吨的氘,可以产生19.6吉焦(5.4兆瓦时)的能量,足以满足100万人一年的用电需求。
可是就目前世界上的技术而言,对于开发氦3储存和利用氦3的技术都有待提高,让我们拭目以待我们国家用更高端的技术来实现对氦3的利用和储存。