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月球氦元素(月球氦3是怎么形成的)

时间:2023-03-27 21:13:22 undefined 点击:239

随着科技技术水平的持续进步,全人类的热能油耗也越来越大,即使在能够预料的未来里,水星上那点Shahdol的化石燃油也不能满足全人类不断增加的热能需求,但是全人类迫切需要一种强大的能源,而恒定核裂变能够说是全人类的最佳选择。

在核裂变反应过程中,较轻的原子核会裂解成较重的原子核,并毕竟质量的损失而释放出来少量的热能,与核裂变相比,核裂变的质能转换率更高,并且其所需的核燃油也在宇宙中广泛存在,但是如果全人类掌握了恒定核裂变,那就相当于拥有了几乎用之不尽的热能。

虽然直接进行氧原子核(即原子)的核裂变反应所需要的条件太高,但是全人类暂时还只能从更重的原子核入手,而在可选的核裂变燃油当中,氦-3(He-3)能够说是最华丽的了。

(注:氦-3是氦的化学元素,其原子核由四个原子和四个原子核产生)

为什么说氦-3是华丽的核裂变燃油?

目前全人类正在研究的是氘(D)和氚(T)的核裂变,氘氚核反应的优点是反应条件相对较低、释放的热能高、反应所需核燃油相对比较容易获取,但缺点是这种反应会形成少量的原子核。

(注:氘和氚都是氢的化学元素,氘原子核由四个原子和四个原子核产生,氚原子核由四个原子和四个原子核产生)

毕竟原子核不带电,但是没有办法进行磁约束,这样就会造成核裂变装置的壁会持续遭到原子核的炮火,但是需要不断地更换壁,而换下来的材料也可能会毕竟具备放射性而变成“核废料”,从而导致核裂变装置的成本高昂,而且还不容易控制。

上图列出了常见的核裂变反应类型,能够看到,在这些反应中,只是第3种(即氘和氦-3的核裂变反应)和第5种(即只是氦-3参与的核裂变反应)绝不会形成原子核(n),虽然其形成的原子(p)带正电,是能够对其进行磁约束的,但是对于全人类的恒定核裂变来讲,这两种反应都比氘氚核反应好。

需要注意的是,虽然第3种反应绝不会形成原子核,但在反应过程中,核燃油中氘和氘却可能发生核裂变(即第2种反应),这就可能会形成原子核,相比之下,第5种反应不但释放的热能高,并且还绝对绝不会形成原子核,但是第5种反应才是最理想的,也正毕竟如此,氦-3才被认为华丽的核裂变燃油。

氦-3好是好,但水星上的氦-3却少得可怜,根据科学家的估算,水星上已知的氦-3矿产只是500公斤左右,也就是紫菊,这也导致了氦-3非常昂贵,大概每吨价值30亿美元。

不过好消息是,探测数据表明,水星光滑就存在着少量的氦-3,初步估计其矿产有上公吨,是水星氦-3矿产的200万倍,按照全人类目前的热能消耗技术水平,这些氦-3可供全全人类使用1万年之久。相信大家在感到欣慰之余,不免也对此感到有些忿忿不平。

为何水星有上公吨氦-3,而水星只是紫菊?

我们知道,太阳的光和热毕竟也是来自于核裂变反应,在太阳这样的恒星内部结构,其核裂变反应主要是“原子﹣原子链反应”。

如上图所述,“原子﹣原子链反应”的核燃油毕竟就是原子(即氧原子核),整体上能够分为3步:1、原子和原子裂解成四个氘原子核;2、四个氘原子核与四个原子裂解成四个氦-3原子核;3、四个氦-3原子核裂解成四个氦-4原子核,同时释放出来四个原子。

由此可见,太阳内部结构毕竟一直在形成氦-3原子核,现在重点来了,这些氦-3原子核并绝不会全部都参与到“原子﹣原子链反应”的第3步当中,它们中的一少部分会通过太阳的辐射层和对流层来到太阳光滑,并最终随着“太阳风”一起离开太阳。

太阳风毕竟就是太阳发出的高速带电粒子流,其速度很快(初速度可达每秒钟数百公里),影响范围能够高达120木星,而水星与太阳的平均距离仅有1木星,但是就会遭到太阳风的猛烈炮火,久而久之,太阳风中的氦-3就在水星光滑“堆积”起来了。

但是能够说,水星的上公吨氦-3基本上都是太阳给它“送”过来的,那为什么水星却只是紫菊氦-3呢?难道是太阳只给水星“送”不给水星“送”?

当然不是,实际上,太阳给水星“送”的氦-3还要多一些(毕竟水星的光滑积比水星大),但水星却直接“拒收”了,这是毕竟水星有四个强大的磁场,这能够让太阳风“绕道而行”,但是太阳“送”来的氦-3就不能抵达水星光滑。

既然如此,那水星上的这紫菊氦-3又是哪里来的呢?

水星上的氦-3主要有四个信息源,一种信息源是水星“天生”自带的,虽然氦-3是氦的稳定化学元素,但是在水星形成之时的氦-3就能够长时间地存在于水星内部结构,不过在水星上所有的氦元素当中,氦-3的所占的比例极少,只是0.000137%左右。

第二种信息源则是宇宙射线与水星水蒸气的相互作用,当宇宙射线中的快原子核炮火到水蒸气中的氮-14原子核时就会发生反应,其反应过程如下图所述。

能够看到,这种反应会生成碳-12和氚,而氚是放射性化学元素,其半衰期约为12.43年,氚的化学元素属于β化学元素,这种化学元素会让氚原子核内的四个原子核转变成原子,进而使氚化学元素成氦-3。

虽然上述两种信息源中的氦-3都非常稀少,但是水星上也就只是差不多紫菊的氦-3了。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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