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未来的能源

月球传来希望
随着全球经济的快速发展,能源消耗的迅速增加,煤炭、石油和天然气等传统的化石能源面临着枯竭的危险,据专家们预测,传统化石燃料至多能维持到本世纪中期。
人类早就千方百计地从太阳能、水能、风能、生物能中寻找新的替代能源。这些能源都很重要,但专家们认为,它们都有自身的局限性。太阳能的能流密度太低,随昼夜、晴雨、季节的变化很大,难以成为大规模的工业能源,只能满足家庭以及一些特殊需要;水能增长的速度跟不上能耗增长速度,并对生态、生物链产生难以估量的影响;风能、地热能、潮汐能的资源和利用也各有局限,在未来的能源开发中作用不大;生物能倒是一种可以大规模使用的再生能源,但再生速度也难以赶不能源消耗增长的需要。
于是,人们把目光转向了核能,首先寄希望于以原子弹所用的裂变物质铀-235或钚-239进行裂变发电。许多发达国家的核电发展十分迅速,法国的核电能源都占了全部能源的百分之七十多。我国核电发展时间不长,核电运行机组装机容量只占全国发电装机容量的1.59%,累计发电量只占总发电量的2.3%,国家规划要加大发展力度,在今后15年间至少每年要批准建设一座大型核电站。但是,用作核裂变发电的燃料毕竟有限,核污染和核安全虽可以做到有效控制,但总是让人心里不踏实。上世纪80年代前苏联切尔诺贝利核电站事故发生后,就使不少发达国家核电事业的发展停滞了相当长一段时间,直到近几年才有所缓解。
目前,人们正在致力于研究开发可控核聚变发电,其中一个世界性的项目就是“国际热核反应堆”,欧盟和中国、美国、日本、韩国、俄罗斯、印度等国都先后陆续参与,已经过20多年的努力,现正进入艰巨的攻坚阶段。人们对此寄于巨大希望,将它比作“人造太阳”,称之为“21世纪的人传给后代的纪念碑”,并力争在30年到50年之间投入商业化应用。
以这种方式发电目前主要考虑利用从海水中提炼出来的氘和氚作燃料,这种燃料当然十分充足,可以取之不尽,用之不竭。但是,氚本身具有放射性,在氚核反应过程中,伴随核聚变能的产生而产生大量的高能中子,这对核反应装置产生严重的放射性损害,解决这一难题十分困难,因而影响了这一研究开发的进展速度,最好的燃料是氦-3,而地球上的氦-3极为稀缺,估算总量只有几吨到十几吨。
正当人们进行艰苦探索之际,从月球岩土样品的研究中传来喜讯:这些岩土中含有大量的氦-3。
氦-3成为至宝
氦-3是氦的同位素,含有两个质子和一个中子。与氚相比,它是一种清洁、高效、安全的核聚变发电的燃料。它聚变反应的能量大;聚变反应时主要产生高能质子,不会形成强大的中子辐射,对环境保护更为有利;它本身不仅没有放射性,而且反应过程中无缓发中子,无裂变物质,衰变余热小,维修和部件更换更容易,更易于控制,因此受到国际核聚变界的广泛重视。
月球上的氦-3来自太阳风。太阳风由90%的质子(氢核)、7%的高能粒子(氦核)和少量其他元素的原子核组成,氦-3正是太阳风中的高能粒子。月球上没有磁场的干扰和大气层的阻隔,太阳风粒子流能直达月球表面,被月球上的岩土所“吸附”。月球形成已经40多亿年,由于流星和微流星的频繁撞击,月球上的岩土不断翻腾、溅射,在纵向和横向上充分混合,“吸附”了氦-3的岩土也越来越厚。 在月海地区至少有9到10米厚,在月陆地区也有4到5米厚。
月球的直径有3476公里,表面积有3800万平方公里,虽然只有地球表面积的十四分之一,大约相当于中国陆地的四倍,但月球被专家们称为“太阳风粒子收集器”。据测算,月球上的氦-3储量大约有100万吨到500万吨,甚至有人估算有5亿吨。在地球上的大气和天然气中也有少量的氦-3,在核反应中也会产生氦-3,但整个地球上的储量与月球上的储量不可同日而语,所以它对地球人类充满了诱惑力。
据专家们测算,如果在10―15平方公里范围内挖掘并加工深度为3米的月球岩土,就可以提取约1吨的氦-3,足以保证一个功率1000万千瓦的发电机组工作1年。每燃烧1公斤氦-3就可产生19兆瓦的能量,足够供莫斯科市照明用6年多。用美国的航天飞机往返运输,一次可运回20吨液化氦-3,可供美国一年的电力。我国每年大约只需要10吨氦-3,就可以满足全年能源的需要。按照全球目前的能源需求水平,一年有100吨氦-3就能满足全世界的消耗,这些氦-3一年用航天飞机运输三五次就够了。按照这样的推算,月球上的氦-3可以供地球用上几千年甚至上万年。
专家们对在月球上采掘加工氦-3并运回地球发电进行了成本对比分析,得出的结论是在经济上完全划算,因为在发电量相同的情况下,使用月球上的氦-3,其花费只是目前核电站发电成本的10%。如果以目前的石油价格为标准,每吨氦-3价值高达40亿到100亿美元,这真是月球上的无价之宝。
(*^__^*) 嘻嘻……
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