隨著嫦娥4號成功在月球背面軟著陸，最近關(guān)于月球的話題又熱了起來。

月球上非?；臎鲐汃ぃ瑳]有空氣沒有水，從公開的照片看，月球上除了遍地大小相疊的坑洞、厚厚的灰塵和石塊，就什么都沒有了。既然月球上如此荒蕪，登一次月球要花很多很多的金錢，那么人類耗費巨資登月探索的意義又在哪里呢？按照美國阿波羅計劃所耗費的資金來計算，即便月球上到處都是黃金，要想把它們運回來那也是天價，從經(jīng)濟的角度考慮也都是不合算的。

有些人想出了一個非常好的開發(fā)月球的理由：月球上有豐富的氦-3，這是一種清潔的核聚變原料，如果將100噸氦-3全部拿來用作核聚變發(fā)電，它產(chǎn)生的電能就足夠全世界用上一年。把月球上的氦-3都運回地球用來發(fā)電，可以供我們上萬年的使用，豈不美哉！

事實果真如此嗎？

下面我們來認(rèn)真探討一下氦-3和核聚變發(fā)電，看看將月球上的氦-3運回來發(fā)電是否可行。

為什么月球上會有大量氦-3？

氦-3作為氦的一種同位素氣體，它廣泛分布在宇宙中。據(jù)估算在我們地殼下方的地幔中大約含有10-100萬噸的氦-3，但這些氣體都被封閉在厚厚的地殼下方，除了火山噴發(fā)帶出極少量的氦-3氣體外，在地球表面能找到的氦-3極少，我們幾乎找不到它的自然存在。

相比于地球，月球表面的氦-3分布就要多得多，這是由太陽風(fēng)帶來的。

太陽是一個巨大的火球，它主要由氫和氦組成。在太陽內(nèi)部極高的溫度和巨大的壓力下，氫原子被相互擠壓在一起變成了氦，它的原子核有兩個質(zhì)子和兩個中子；還有一部分聚變成了氦-3，它有兩個質(zhì)子和一個中子。

太陽核聚變產(chǎn)生的巨大的能量向四周擴散開來，為太陽系供應(yīng)了源源不絕的能源，同時也將大量的帶電粒子以250~750公里/秒的速度向四周拋射出去，這就是太陽風(fēng)。太陽風(fēng)中裹挾著一部分太陽核聚變的產(chǎn)物，包括氦-3。

當(dāng)太陽風(fēng)到達(dá)地球時，因為地球磁場和大氣層的阻擋，它無法抵達(dá)地面對地面物質(zhì)造成影響，可以說我們地球的大氣和磁場保護(hù)了我們，同時也拒絕了氦-3。

月球沒有磁場也沒有稠密的大氣，它的表面只殘留著極其稀薄的少量的氣體，所以在太陽風(fēng)帶電粒子數(shù)十億年持續(xù)不斷的轟擊下，在月球表層風(fēng)化的月壤中就儲存了一定數(shù)量的氦-3。

月球表面到底有多少氦-3，科學(xué)家們有許多不同的說法，有說75萬噸、有說100萬噸、有說150萬噸，還有說更多的。近幾十年來世界各國向月球發(fā)射了幾十個不同的探測器，具體的數(shù)字并未見公布。我們從公開資料得知，月球表面陽光照射區(qū)的氦-3濃度大約在1.4~15ppb之間，在月球兩極的永久陰影區(qū)內(nèi)氦-3的濃度可能高達(dá)50ppb。

換一個說法：在月球表面，如果你對1.5億噸月壤進(jìn)行提煉，將它們加熱到700度以上，通過非常復(fù)雜的工序，大約可以萃取到1克重的氦-3。

很多嗎？不多。

我們再來談?wù)労司圩儭?/h2>

人類對核能的和平利用已經(jīng)進(jìn)行了將近70年，1951年美國建成了世界上第一座試驗性核電站，緊接著1954年前蘇聯(lián)也建設(shè)成功發(fā)電功率為5000千瓦的試驗性核電站。由于現(xiàn)有的核反應(yīng)堆都是以核裂變產(chǎn)生熱能推動蒸汽輪機進(jìn)行發(fā)電，反應(yīng)堆本身存在巨大的核輻射，其使用后剩余的核廢料也存在放射性污染的風(fēng)險，所以科學(xué)家們一直在尋求一種功率更高污染更低的發(fā)電方式，這就是可控核聚變反應(yīng)堆發(fā)電。

核聚變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

如前文所訴，太陽的燃燒就是由氫原子的結(jié)合產(chǎn)生巨大的能量，科學(xué)家們通過計算，如果將氫的同位素氘和氚在特定條件下施加巨大的熱量，它們的原子核就有機會相互結(jié)合生成一個氦核和一個中子，同時可以釋放出17.6電子伏特的能量，這就是第一代的核聚變。

氘-氚核聚變產(chǎn)生氦-4和一個中子，釋放能量

由于人類目前無法實現(xiàn)太陽內(nèi)部那樣巨大的壓力，所以只能以提高溫度的辦法來彌補。為了達(dá)到核聚變所需要的溫度，美國人耗費巨資建設(shè)了一個慣性約束核聚變裝置（國家點火裝置），利用激光來約束和激發(fā)氘和氚。

“國家點火裝置”將要轟擊的氘氚靶丸

然而這個建設(shè)了15年、耗資35億美元、占地面積達(dá)到3個足球場的龐大設(shè)備最后在2012年9月30日以點火失敗告終。隨后美國國家點火裝置放棄了慣性約束核聚變的研究，轉(zhuǎn)向材料研究和為軍方進(jìn)行高爆炸藥的研究試驗。

龐大的“國家點火裝置”

另一種核聚變的嘗試是托卡馬克裝置，它利用超導(dǎo)體制造一個磁環(huán)，用強大的磁場來約束氘和氚，然后通過施加1億度以上的高溫等離子流使其中的氘和氚產(chǎn)生聚變反應(yīng)。

托卡馬克環(huán)

其中一個最具有代表性的實驗裝置就是在中國合肥中科院等離子體所的全超導(dǎo)托卡馬克裝置（EAST），盡管EAST已經(jīng)可以將等離子體加熱到了1億度的高溫，但距離實現(xiàn)穩(wěn)定可控核聚變的目標(biāo)依然十分遙遠(yuǎn)，距離實現(xiàn)核聚變商業(yè)化發(fā)電運營的目標(biāo)還需要更漫長的時間。

中國EAST裝置被稱為“人造太陽”

無論是美國已經(jīng)失敗的國家點火裝置還是中國已經(jīng)部分試驗成功的托卡馬克裝置，都是將氫的核素氘和氚作為原料進(jìn)行聚變反應(yīng)，這個反應(yīng)的過程中會產(chǎn)生一定數(shù)量的中子（氘與氘聚變會產(chǎn)生中子），這些中子轟擊周圍的物質(zhì)后會有少量輻射物質(zhì)產(chǎn)生，這通常被稱為第一代核聚變。

第二代核聚變是將氘與氦-3進(jìn)行聚變反應(yīng)，它比氘氚核聚變的好處是只產(chǎn)生少量中子，放射性要少許多。

而第三代核聚變則是單純利用氦-3進(jìn)行聚變使之產(chǎn)生氦-4和氫，這個過程完全不產(chǎn)生中子，也沒有核輻射，因此被稱為最干凈的核聚變。如果第三代核聚變成為現(xiàn)實，人們將可以在鬧市中心建造核電站。

第二代和第三代核聚變需要使用氦-3，由于氦的外圍有兩個電子，要想將其融合在一起所需要的能量將更大，到目前為止人類還不能實現(xiàn)第一代可控核聚變，現(xiàn)在設(shè)想到月球上大規(guī)模采集氦-3搞第二、第三代核聚變發(fā)電是不現(xiàn)實的。

科學(xué)探索可以不計成本，但商業(yè)的原則是追求利潤。

美國現(xiàn)在每年對氦-3的商業(yè)需求量超過0.8公斤（約7000升），美國最高峰的時候一年生產(chǎn)了8公斤的氦-3。這些氦-3并不是用來發(fā)電，而是用于制造科學(xué)研究設(shè)備、制造中子掃描儀和磁共振成像掃描儀（MRI）。美國市場上氦-3的價格最低時為100美元/升，現(xiàn)在漲到約2000美元/升，也就是大約17500美元/克。

還記得在月球上為了要得到1克的氦-3，我們需要提純多少噸月壤嗎？1.5億噸！為了得到0.8公斤（美國現(xiàn)在一年的需求量）的氦-3，需要在月球上處理1200億噸的月壤，你還覺得這筆買賣是合算的嗎？

相比于氦-3，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以很便宜地從海水中獲得大量氘。 在天然水中，重水的含量約占0.02%，重水就是由兩個氘原子和一個氧原子組成的化合物。使用減容電解法、 氨—氫交換法或硫化氫加壓交換法都可以比較方便地將重水從水中分離出來，然后將重水電解就可以得到氘。

從一公升海水里提取出的氘，在完全的聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量，氚的制備在目前情況下也比較容易實現(xiàn)，所以只要我們第一代核聚變反應(yīng)堆能夠制造出來，作為核聚變發(fā)電的原料氘和氚都是比較容易獲得的。

氘-氚核聚變具有資源無限、不污染環(huán)境、不產(chǎn)生高放射性核廢料等優(yōu)點，是人類未來能源的主導(dǎo)形式之一，也是目前認(rèn)識到的可以最終解決人類社會能源問題和環(huán)境問題、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

事實上，我們現(xiàn)在就已經(jīng)可以工業(yè)化制備氦-3了。

氫的同位素氚是核彈頭中的重要組成原料，因為氚會衰變成氦-3，從而降低核彈頭的爆炸威力，所以核大國每年都需要對放在倉庫里的核彈頭進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，把里邊的氦-3收集起來；或者將氚放在密封的容器里繼續(xù)衰變，12年半之后容器里的氚就都變成氦-3了。

如果沒有核彈頭，也可以將含有鋰的吸收棒（TPBAR）插入到核電站反應(yīng)堆中，讓反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子去轟擊鋰，這樣也可以收集到氚，然后把氚密封起來，也可以得到氦-3。

既然我們未來可以容易地提取氘和氚并將其核聚變發(fā)電，既然我們現(xiàn)在就可以用相對比較便宜的方法來制備氦-3，為什么還要大費周章地把機器設(shè)備運到月球上去挖土呢？

去月球建基地提煉氦-3，這不是神話，是傻話。