近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、航天五院錢(qián)學(xué)森實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院物理研究所和南京大學(xué)等聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，對(duì)嫦娥五號(hào)月壤顆粒中的氦原子進(jìn)行了探測(cè)和研究。發(fā)現(xiàn)月壤中鈦鐵礦顆粒表面都存在一層非晶玻璃。研究人員在玻璃層中觀測(cè)到了大量的氦氣泡，直徑大約為5～25nm，且大部分氣泡都位于玻璃層與晶體的界面附近。而在顆粒內(nèi)晶體中，基本沒(méi)有氦氣泡。鑒于氦在鈦鐵礦中的高溶解度，研究人員認(rèn)為氦原子首先由太陽(yáng)風(fēng)注入鈦鐵礦晶格中，之后在晶格的溝道擴(kuò)散效應(yīng)下，氦會(huì)逐漸釋放出來(lái)。而表層玻璃具有原子無(wú)序堆積結(jié)構(gòu)，限制了氦原子的釋放，被捕獲并逐漸儲(chǔ)存起來(lái)，形成了氣泡。

氦-3作為氦的一種同位素，在能源、科學(xué)研究等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。100噸氦-3核聚變產(chǎn)生的能量即可供應(yīng)全球使用1年，且氦-3核聚變過(guò)程無(wú)中子二次輻射危險(xiǎn)，更加清潔和可控。另外，氦-3是獲得極低溫環(huán)境的關(guān)鍵制冷劑，是超導(dǎo)、量子計(jì)算、拓?fù)浣^緣體等前沿研究領(lǐng)域的必需物質(zhì)。然而，地球上氦元素主要是氦-4，氦-3儲(chǔ)量只有0.5噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有需求。

氦-3是太陽(yáng)風(fēng)的重要成分，月球由于常年受太陽(yáng)風(fēng)的輻照，儲(chǔ)存了大量氦-3。但是為什么月球具有豐富的戰(zhàn)略資源氦-3？氦-3在月球上是以什么形式儲(chǔ)藏的？這些問(wèn)題還沒(méi)有明確的答案。探索月球資源，特別是氦-3的含量、分布和開(kāi)采，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際深空探測(cè)的必然趨勢(shì)和主要任務(wù)。以往研究認(rèn)為氦-3溶解在月壤顆粒中，提取氦-3受擴(kuò)散速率限制，需要700℃以上的高溫，不但耗能較高，而且速度慢，不利于在月球上原位開(kāi)采。

科研團(tuán)隊(duì)最新研究表明，通過(guò)機(jī)械破碎方法有望在常溫下提取氣泡形式儲(chǔ)存的氦-3，不需要加熱至高溫。而且，鈦鐵礦具有弱磁性，可以通過(guò)磁篩選與其他月壤顆粒分開(kāi)，便于在月球上原位開(kāi)采。根據(jù)月球上鈦鐵礦總量估算，以氣泡形式儲(chǔ)藏的氦-3總量或高達(dá)26萬(wàn)噸，如果全部用于核聚變，可以滿(mǎn)足全球2600年的能源需求。這些結(jié)果不但為月球上氦-3的富集機(jī)理提供了新的見(jiàn)解，也為未來(lái)月球氦-3的原位開(kāi)采利用奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)探尋月球資源的有效利用路徑具有重要意義。

（來(lái)源：寧波市科技局）