嫦娥五號｜月球上氦-3氣泡或達26萬噸　滿足地球2600年能源需求

中國科學院寧波材料技術與工程研究所、航天五院錢學森實驗室、中國科學院物理研究所和南京大學等聯合團隊，對嫦娥五號月壤顆粒中的氦原子進行探測和研究時，發現月壤中鈦鐵礦顆粒表面存在一層「月瓖玻璃」，玻璃層中更有大量氦氣泡。
研究人員估算，月球上以氣泡形式儲藏的氦-3總量或高達26萬噸，若全部用於核聚變，可滿足地球2600年的能源需求。

據介紹，研究人員發現月壤中鈦鐵礦顆粒表面都存在一層非晶玻璃，通過高分辨透射電鏡結合電子能量損失譜法，在玻璃層中觀測到大量的氦氣泡，直徑約為5至25nm，且大部分氣泡都位於玻璃層與晶體的界面附近，而在顆粒內部晶體中，基本沒有氦氣泡。

鑑於氦在鈦鐵礦中的高溶解度，研究人員認為氦原子首先由太陽風注入鈦鐵礦晶格中，之後在晶格的溝道擴散效應下，氦會逐漸釋放出來。而表層玻璃具有原子無序堆積結構，限制了氦原子的釋放，被捕獲並逐漸儲存起來，形成了氣泡。

玻璃態材料特殊的無序原子堆積結構具有極高的穩定性，比如玻璃態琥珀可以將生物標本保存上億年、氧化物玻璃可以將核廢料儲存上千年。這項工作表明鈦鐵礦玻璃也具有極高的穩定性，在月球上捕獲並保存了豐富的氦-3資源。

工作表明，通過機械破碎方法有望在常溫下提取氣泡形式儲存的氦-3，不需要加熱至高溫。同時，鈦鐵礦具有弱磁性，可以通過磁篩選與其他月壤顆粒分開，便於在月球上原位開採。

通過進一步計算，研究人員發現氣泡中的氦氣原子的數密度達到50-192 He/nm3，具有極高的壓力。根據月球上鈦鐵礦總量估算，以氣泡形式儲藏的氦-3總量或高達26萬噸，若全部用於核聚變，可以滿足全球2600年的能源需求。

上述結果不但為月球上氦-3的富集機理提供新的見解，也為未來月球氦-3的原位開採利用奠定理論基礎。有關研究已在國際期刊《Materials Futures》上發表。