氦-3這種核素一度熱到不行，因為它是一種可以用作清潔核聚變發(fā)電的原料。

氦有好幾種同位素，從氦-2、氦-3、氦-4，一直到氦-10。但其中只有氦-3和氦-4是穩(wěn)定的核素，其它的氦同位素都極短命，甚至氦-2和氦-9到目前為止還只是理論上有，沒人能證明它們實際存在。

在宇宙中，氦-3和氦-4是極其豐富的，不像地球表面那么難找。

氦的產(chǎn)生

科學(xué)家們認為，自從宇宙誕生之初，“大爆炸”之后，太空里就已經(jīng)充滿著氦了，因此氦跟氫一樣，是“天生”的。

因為原子核里只有2個質(zhì)子，氦是目前可觀測宇宙中除氫之外第二輕的元素，氦在宇宙中的質(zhì)量占了宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的24%，是所有其它重元素質(zhì)量總和的12倍多。這是因為氦的核結(jié)合能比較低，它比其它元素更容易合成。

除了“大爆炸”合成了絕大部分的氦核外，宇宙中其它的氦主要來源于恒星內(nèi)部的核聚變和其它星際放射性物質(zhì)的衰變釋放的α粒子。

氦-3的原子核中有兩個質(zhì)子和一個中子，地球上氦-3主要來自氚的β衰變、鋰散裂和宇宙射線對高層大氣的影響。

氦的含量

宇宙中大部分的氦是氦-4，氫-3的含量只有氦-4的萬分之三。這是科學(xué)家們通過測量木星大氣氦的含量得出的結(jié)論，木星大氣中的氦同位素比例說明了在早期太陽系星云中氦同位素的比例關(guān)系。這個比例應(yīng)該與月球表面氦-4與氦-3的比值相同，但實際上月球表面已知的氦-3平均含量在1.4ppb左右，而月球表面氦-4平均含量大約在28ppm左右，氦-4比氦-3多出近2萬倍。

即便月球上的氦-3看起來很少，但比起地球上氦-3的含量還是要豐富許多的。氦在地球上最初就有，但它的含量遠低于宇宙中氦的含量，目前地球的地幔里有7%的原始氦，這是因為在地球形成的過程中，像氫和氦這樣輕的氣體都上升到大氣層的上方，然后慢慢被太陽風(fēng)吹到太空中去了。

地球內(nèi)部大量的鈾和釷在衰變的過程中可以釋放氦-4，氦-4相比于氦-3一直在增加。據(jù)測算，地球巖石圈每年由于α衰變新產(chǎn)生3000噸氦，氦在地殼中的含量大約為十億分之八，而海水中氦的含量只有萬億分之四，大量的氦原子只要一出地表，大部分通過大氣層擴散出去了。

目前全球氦的儲量大約是500億立方米，這些氦基本都是混雜在天然氣田里，如果天然氣儲藏層的地下有更多的鈾或釷，就有更高含量的氦。

大氣中有少量氦-3，它們離散地分布于高層大氣，所以想從大氣層里獲取氦-3難度極大成本極高。因此目前絕大多數(shù)天然的氦-3還是要從天然氣里分離出來。按照氦-3在天然氣里的濃度計算，美國現(xiàn)在每生產(chǎn)1億立方米的天然氣，大約可以分離出1.2~4.3千克氦-3，而阿爾及利亞每1億立方米天然氣則只能分離1千克左右氦-3。

氦-3拿來干嘛用？

目前情況下，氦-3的應(yīng)用范圍很窄，它主要用于中子檢測以及肺部醫(yī)學(xué)影像兩個方面。

氦-3有很高的熱中子吸收截面，所以它是中子檢測儀里的轉(zhuǎn)換器氣體。當(dāng)氦-3捕捉到一個中子時，它會轉(zhuǎn)化為一個氚離子和一個氫離子（質(zhì)子）同時釋放0.764 MeV的能量，通過分析產(chǎn)生出的氣體成分，就能判斷放射性物質(zhì)的中子輻射劑量。

未來氦-3還可以用于核聚變發(fā)電。

科學(xué)家們知道，當(dāng)一個氦-3原子核與氘原子核發(fā)生融合時，會產(chǎn)生一個氦-4原子核與一個質(zhì)子，同時釋放18.354 MeV的能量，這是第二代核聚變；

而當(dāng)兩個氦-3原子核發(fā)生融合，則會產(chǎn)生一個氦-4核與兩個質(zhì)子，釋放12.86MeV的能量，這被稱為第三代核聚變。

從上面的兩個反應(yīng)過程，我們注意到它們都沒有產(chǎn)生中子，也就是說這個反應(yīng)過程對外沒有放射性物質(zhì)產(chǎn)生，因此由氦-3參與的第二代核聚變以及第三代核聚變技術(shù)被稱為“真正干凈的核聚變”，氦-3身價暴漲，人們做夢都想為未來清潔的核能發(fā)電尋找氦-3這種清潔的原材料。

從理想回到現(xiàn)實

氦-3發(fā)電真的那么完美嗎？

其實，第二代核聚變發(fā)電是有中子產(chǎn)生的，因為在氦-3與氘融合產(chǎn)生氦-4的同時，還有一部分氘與氘之間也會產(chǎn)生融合反應(yīng)。當(dāng)兩個氘核融合時，有可能會產(chǎn)生一個氦-3和一個中子，中子具有放射性，跟第一代聚變反應(yīng)一樣被認為不夠清潔。與此同時，第二代和第三代核聚變由于需要克服更強的庫侖勢壘，需要更高的能量才能完成融合，聚變所產(chǎn)生能量中的大部分要被聚變本身消耗。到目前為止人類還無法完全掌握第一代核聚變技術(shù)，科學(xué)界最樂觀的估計，將第一代核聚變技術(shù)用于商業(yè)發(fā)電需要到2050年（30年以后）。更高能級的核聚變還處于設(shè)想與研究階段，距離現(xiàn)實還有相當(dāng)長的路要走。

我們需要多少氦-3？

我們以未來相對容易實現(xiàn)的第二代聚變反應(yīng)為例來做一個計算：

2H + 3He → ?He + 1 p + 18.3 MeV

這相當(dāng)于每1摩爾（3g）3He約可以產(chǎn)生493 兆瓦時（4.93×10? W·h） 的能量，如果這些能量100%地轉(zhuǎn)化為電能，一個100萬千瓦的核電站每小時約需要消耗6克氦-3，這個電站每發(fā)電一年需要消耗52.5千克的氦-3。任何核電站要做到100%的能源轉(zhuǎn)化效率是不可能的，能做到30%就相當(dāng)不錯了，因此這個電站年氦-3實際需求量將超過157千克。

2018年咱大陸地區(qū)全社會用電量約為6.84萬億千瓦時，如果這些電能全部由第二代核聚變產(chǎn)出，我們當(dāng)年至少需要332噸的氦-3原料，且需要至少建設(shè)2100座百萬千瓦級的核聚變電站。

前面介紹過，自然界的氦-3儲量主要在天然氣田，每1億立方米天然氣最多可以分離出1.2~4.3千克氦-3，取中位數(shù)3千克。2018年全球天然氣產(chǎn)量約為3.6萬億立方米，即使其中所有氦-3都被提取，也只能得到108噸。事實上以目前的探測結(jié)果與技術(shù)，我們能取得10噸就已經(jīng)頂天了，許多天然氣田里根本就沒有氦-3。

月球表面有多少氦-3？

太空中有無盡的氦，雖然氦-3在其中僅占萬分之三，但由于氦的總量極大，氦-3仍可以說是取之不盡的。問題是它們太分散，富集的地方環(huán)境又太惡劣，無論太陽大氣層還是木星大氣層，我們都無法接近。最近的地方只有月球。

據(jù)估計，月球表面陽光照射區(qū)域的月壤中約含有濃度在1.4到15ppb（十億分之一濃度）之間的氦-3，而在月球兩極永久陰影區(qū)域的氦-3濃度可能達到50ppb。我們是否可以去月球開采氦-3運回地球發(fā)電呢？按照濃度計算，我們平均需要對1500噸月球土壤和巖石進行提純才能獲得1克氦-3，而2006年國際市場氦-3的價格僅為1500美元/克。地球上品位最高的金礦，每噸礦石中含金不到50克，普通的每噸礦石中只有3~4克黃金，儲量稀少、開采成本高被認為是黃金寶貴的重要原因。

月球上氦-3濃度只有地面金礦的萬分之一，開采和提純難度更高；無論是將龐大的設(shè)備和工廠搬去月球還是運營維護它們都需要極龐大的成本；每天至少需要運回1噸氦-3才能滿足一國之需，這需要每天至少挖掘、粉碎和提純15億噸的月球巖石；并且由于氦-3分布離散，你需要把整個月球表面都刨一遍。你還認為去月球采礦是合算的嗎？

總結(jié)

一、氦-4與氦-3在宇宙中的含量豐富，但在地球表面它們的儲量極低。

二、地幔物質(zhì)中被認為有氦，但我們無法開采；氦氣通常與天然氣伴生，其中氦-3的含量極低，每1億立方米天然氣僅能提取到1.2千克左右氦-3。

三、第二、第三代核聚變技術(shù)尚在研究中，需要走的路還很長，并且大規(guī)模發(fā)電需要大量氦-3，地球自然儲量無法滿足需求。

四、月球表面氦-3含量相對比較高，但開采難度極大成本極高，從商業(yè)角度是不合算的。

五、未來人類可以以多種方式獲得能源，除了現(xiàn)有發(fā)電方式外，第一代核聚變技術(shù)不需要擔(dān)心氘原料不足；并且在太空建設(shè)太陽能電站也可以提供無盡的能源。

綜合以上分析，證明去月球開采氦-3并不是我們明智的選擇。