日本一科学家认为:月球氦三是安全高效的聚变反应原料
【英国《新科学家》周刊11月18日一期文章】题:月球矿
名古屋国立聚变学研究所核工程教授百田认为,如果能开采到月球上的氦3(在地球上不存在)矿藏,就可能会造出简单、廉价而又洁净的聚变装置,这些装置甚至还能用于驱动航天器和产生高能能量束治疗癌症。
目前世界各地建造的实验性聚变反应堆使用一种由氘和氚两种氢同位素构成的等离子体燃料。在极高的温度下,它们发生聚变,并且产生高能量的中子流。然而,一旦中子从反应堆中破壁而出,就会使水蒸气具有放射性,产生的中子可能会使聚变不能进行到底。
百田说,如果用氦3取代氚,情况就大相径庭了。当氘与氦3发生聚变反应时,结果生成高能质子,而不是中子。质子带有正电荷,这意味着可以利用磁场或电场使质子偏离反应堆壁,并且通过使质子在强大的磁场中减速而使质子将能量直接转化成电能。
月球上的钛矿中蕴藏着丰富的氦3资源。在月球表面上发现的钛金属就像海绵一样,吸收由太阳风刮来的氦3粒子。
1986年,威斯康辛—麦迪逊大学物理学家约翰·桑塔里乌斯建议,用自动挖掘机在月球上开采富含钛的土壤,并且利用轨道上的一面镜子聚焦的太阳射线将这种土壤加热到700摄氏度的方法提取氦3。
但是在实施宏伟壮观的月球开采行动之前,百田打算研究和完善能使氦3聚变装置切实可行的技术。百田已经用希腊神话中月神的名字给这个装置取名为“阿耳特弥斯”。该装置的核心是一个盛有氦3和氘核等离子体的磁瓶。这个磁瓶在等离子体温度升高到10亿摄氏度(这个温度足以诱发核聚变了)时可以使等离子体不会与反应堆的壁接触。
一旦在“阿耳特弥斯”内部出现聚变时,百田的磁瓶就会使高能质子沿着瓶沿的磁力线逸出,而能量较低的核则陷在磁瓶的中心。磁力线将“阿耳特弥斯”内的质子引导到粒子减速器中。这些带电粒子穿过磁场,将动能直接转换成电能。他已经推算出高达76%的质子能量能转化成电能,聚变中生成的高能电子也可以用同样方法加以引导,并且对这些电子的能量加以利用。“阿耳特弥斯”将是小巧的,它将有大约150米长、10米宽,重3000吨左右。这个重量只有全尺寸氘—氚聚变反应堆重量的十分之一。“阿耳特弥斯”产生的高放射性的废物不会更多,而且低放射性的废物则会减少五分之四。氦3聚变装置还有其他一些鼓舞人心的可能性。百田说,这类装置产生的中子可能会成为治疗癌症极有价值的医疗工具。另一种设想是利用向后喷射的中子,将氦3聚变装置用作航天器强大的助推器。

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