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解決能源危機靠月球 100噸氦-3發電夠用一年


  研究表明,大約50年后,人類目前廣泛使用的傳統能源煤、石油和天然氣將面臨嚴重短缺的局面。嚴峻的能源危機迫使人類將目光轉向浩瀚的宇宙,而月球是人類尋找地球以外能源的首選目標。

  解決能源危機困難重重

  目前,科學家正在努力尋找解決能源危機的辦法,而月球以其獨特的環境特征、巨大的能源儲庫,自然成為人類尋找地外能源的首選目標。

  本來,科學家一直將希望寄托在太陽能和核反應堆上(包括核裂變發電和核聚變發電)。然而,濃密的地球大氣層致使在地球上利用太陽能有許多不穩定因素;利用核裂變反應獲得電力的方法往往產生大量放射性廢料,容易造成嚴重的環境污染。而目前正加速發展的利用氘和氚熱核聚變反應堆生產能源的方法,同樣因形成強大的中子輻射而存在放射性問題。

  在月球上建太陽能發電廠

  由于月球表面幾乎沒有大氣,太陽輻射可以長驅直入。計算表明,每年到達月球范圍內的太陽光輻射能量大約為12萬億千瓦,相當于目前地球上一年消耗的各種能源所產生的總能量的2.5萬倍。按太陽能能量密度為1.353千瓦/平方米計算,假設在月球上使用目前光電轉化率為20%的太陽能發電裝置,則每平方米太陽能電池每小時可發電2.7千瓦時,若采用1000平方米的電池,則每小時可產生2700千瓦時的電能。

  由于月球自轉周期恰好與其繞地球公轉周期的時間相等,所以月球的白天是14天半,晚上也是14天半,一天相當于地球一個月的長度,這樣它就可以獲得更多的太陽能??茖W家認為,如果在月球表面建立全球性的并聯式太陽能發電廠,就可以獲得極其豐富而穩定的太陽能,這不但解決了未來月球基地的能源供應問題,而且隨著人類空間轉換裝置技術和地面接收技術的發展與完善,還可以用微波傳輸太陽能,為地球提供源源不斷的能源。

  月壤中富含氦—3

  現實可行的解決未來能源問題的途徑是建造和使用氦—3同位素(3He)的熱核反應堆,這種反應堆沒有中子輻射,不會造成環境危害。但遺憾的是地球上3He儲量極為有限,地球天然氣中理論上的總含量僅為10—15噸,而月壤中富含3He。

  除了極少數非常陡峭的撞擊坑和火山通道的峭壁可能有裸露的巖石外,整個月球表面都被月壤覆蓋,在月海區平均厚約5米,月陸區厚約10米。這些土壤長期接受太陽的照射,富集由太陽風粒子直接注入的揮發性化學元素和同位素,在這些稀有氣體中就有大量的3He。據估算,月壤中3He的資源總量可達100萬—500萬噸。3He是一種清潔、安全和高效的核聚變發電的燃料。據專家計算,如果采用D—3He(氘和3He進行核聚變反應產生電能)核聚變發電,美國年發電總量僅需消耗25噸3He;中國1992年的年發電總量只需8噸3He,全世界一年有100噸3He就夠了。以目前全球電價和空間運輸成本算,1噸3He的價值約40億美元,而且隨著空間技術發展,空間運輸成本肯定將大大下降。最近法國科學家宣布,2030年將使利用3He進行核聚變發電商業化。這樣,開發利用月壤中的3He將是解決人類能源危機的極具潛力的途徑之一。

(中科院國家天文臺 鄒永廖 劉建忠 環球時報

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