月球上有哪些He的同位素

月球上有哪些He的同位素

月球的起源与演化理论必须符合目前探测与观察所获得的有关月球的事实。这些事实包括月球、地球以及其他行星在太阳星云中几乎同时聚集并很快地在约1～2亿年内熔融、分异、调整；月球的总体成分与地球的平均成分差别很大；月球比地球和球粒陨石中含有的难熔元素更丰富，月球中的铝（Al）、铀（U）、钛（Ti）、钙（Ca）等元素的丰度比地球高2倍；月球比地球和球粒陨石更匮乏挥发性元素和亲铁元素（化学性质与铁相似的元素）；月球密度比地球的低，比地球缺水；月球具壳层结构；月球表面岩石较古老。　　
通过对样品的分析与研究，科学家发现，月壤中富含稀有气体，特别是氦3(3He)。氦3是一种可长期使用的、清洁、安全和高效的核聚变发电燃料。与氘－氚（D－T）聚变反应释放中子不同，氘－氦（D－3He）聚变反应释放出质子，其反应所需防护的设施、材料和环保条件较氘－氚反应更加简便与廉价。那么，氦3在月壤中的分布状况究竟如何？它的开发前景怎样？　　
研究表明，月壤粒度的大小与稀有气体的含量有密切关系。一般地说，月壤细粒粉末中稀有气体的含量随粒度的增大而减少。如对阿波罗16号探测器采集的月壤颗粒的分布特征研究，发现在所研究的深度范围内，粒度小于90微米的颗粒中氦3的含量最高；对阿波罗12号采集的月壤中不同矿物的氦（He）、氖（Ne）和氩（Ar）分析，得到相似的结果。进一步分析表明，不仅月壤的颗粒大小对捕获太阳风的浓度有直接的关系，而且月壤中的矿物组成、元素成分与结构特征等也影响其所捕获太阳风的浓度，即相同矿物不同粒度，其稀有气体的含量不同；同样，相同粒度不同矿物，其稀有气体的含量也不同。如氦3大部分集中在颗粒小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。　　
据保守而初步的估算，月壤中氦3的资源总量为约100万吨到500万吨。简单地计算一下，就可知道这500万吨氦3的真正价值。例如，建设一个500兆瓦的氘－氦核聚变发电站，每年消耗氦3仅50公斤。以1987年美国全年供电量为例，仅需要25吨的氦3就足够了，假如美国供电量保持在1987年的水准，月壤中的氦3可提供美国4万年到20万年的用电量需求；同样，按照1992年中国的供电水准计算，则这些氦3足以提供我国12.5万年到16.5万年的电力需求。从这些简单的例子中可以看出，开发利用月壤中的氦3，将可为人类提供一种可长期使用的、清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，为解决人类目前所面临的能源危机提供了一种可能。　　
除氦3等稀有气体外，月球上的其他矿产也是未来月球开发和利用的重要资源。如月陆区广泛分布的斜长岩，富含硅（Si）、铝（Al）、钙（Ca）、钠（Na）等元素。克里普(KREEP)岩以富钾（K）、稀土元素（REE）和磷（P）而命名。根据目前的探测与研究，最值得人类开发与利用的另一种资源就是月海玄武岩中的铁和钛。　　 总体上，对所采集的Apollo和Luna月海玄武岩样品的分析表明，月海玄武岩中钛铁矿含量可高达25％(体积)，高钛月海玄武岩含钛铁矿约15％，而低钛玄武岩含钛铁矿也约有10％，平均12.5％。月海玄武岩中的钛铁矿（以Apollo－17月海玄武岩为例，平均含钛8.30％～14.5％）含钛量甚至比我国攀枝花钒钛磁铁矿矿石（平均含钛10.56％）更高。1994年发射的克莱门汀号探测器，使用光谱反射方法测定的月球铁氧化物和钛氧化物的分布特征,以及月球勘探者探测器所携带的中子分光仪检测到的月球上铁、钛分布特征，均证实了这一点。　　
遗憾的是，对月海玄武岩中高钛区和低钛区在月面上的精细分布，以及它们的厚度等情况，目前的探测与研究程度都还远远不够，影响了对月海玄武岩中钛、铁含量的估算精度。根据月海玄武岩在月球总体积中所占比例、月海玄武岩平均密度（3.08克/厘米3），以及月海玄武岩中钛铁矿的平均含量进行粗略计算，可知月海玄武岩中钛铁矿的总量约为476亿吨。从这一粗略计算结果可以看出，月海玄武岩中的钛铁矿是月球上一种极富潜力、有待开发的矿产资源。此外，月海玄武岩中的钛铁矿不仅是铁、钛和氧的主要资源，钛铁矿与氢的反应所产生的水也将是未来月球基地获取水资源的重要途径之一。