用1克月壤找到氦-3提取的“秘密” 

年青的科研团队合影，后排居中戴蓝色手套者，手中捧着月壤样品。中科院宁波资料所供图

月壤安安静静地“躺”在一个小小的玻璃瓶里，被一个特别的真空罩罩起来。那么小小一团，甚至没有铺满小玻璃瓶的瓶底，重量仅有1克，看上去“有点儿像一团灰”“毫不起眼”的月壤，却可能会改动整个地球未来的动力走向。

嫦娥五号从月球带回的月壤，被分给一些科研机构做研讨。中科院宁波资料所作为我国空间技能研讨院的联合研讨单位，借用了1克月壤，他们的研讨，就是寻觅月壤中氦-3的提取办法。

近来，中科院宁波资料所、航天五院钱学森试验室、中科院物理所和南京大学等联合团队，在学术期刊《资料未来》（Materials Futures）上发表论文，宣布发现月壤中钛铁矿颗粒外表都存在一层非晶玻璃。玻璃态资料特别的无序原子堆积结构具有极高的稳定性，比方玻璃态琥珀能够将生物标本保存上亿年、氧化物玻璃能够将核废料贮存上千年。这项作业标明钛铁矿玻璃也具有极高的稳定性，在月球上捕获并保存了丰富的氦-3资源。

氦-3作为氦（元素周期表中第二个元素）的一种同位素，在动力、科学研讨和国防安全等范畴具有重要应用价值。比方，作为一种可控核聚变的燃料，氦-3核聚变发生的能量是挖掘所需能量的250倍，是铀-235核裂变反应（约为20）的12.5倍。100吨氦-3核聚变发生的能量即可供应全球运用1年，且氦-3核聚变进程无中子二次辐射风险，更加清洁和可控。别的，氦-3是获得极低温环境的要害制冷剂，是超导、量子核算、拓扑绝缘体等前沿研讨范畴的必需物质。可是，地球上氦元素主要是氦-4，氦-3储量只要0.5吨左右，远远无法满意现有需求。

在地球上稀缺的氦-3，在月球上却是储量惊人。由于氦-3是太阳风的重要成分，月球常年受太阳风的辐照，贮存了大量氦-3。探索月球资源，特别是氦-3的含量、散布和挖掘，已经成为当时国际深空勘探的必然趋势和主要任务。因而，从20世纪末开始，科技界掀起了新一轮的月球“淘金热”，使探月工程和科学研讨达到新的高潮。可是怎么原位、高效挖掘氦-3仍是科学和技能难题。

以往研讨以为，氦-3溶解在月壤颗粒中，提取氦-3受扩散速率约束，需求700℃以上的高温，不光耗能较高，并且速度慢，不利于在月球上原位挖掘。因而，探明月壤中氦-3的储藏形式，对未来知道月球是怎么捕获氦-3，怎么开发使用氦-3资源至关重要。

这次，我国研讨人员通过高分辩透射电镜结合电子能量丢失谱法，在玻璃层中观测到了大量的氦气泡，直径大约为5-25纳米（1毫米等于1000微米，1微米等于1000纳米——记者注），且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的界面邻近。而在颗粒内部晶体中，基本没有氦气泡。

鉴于氦在钛铁矿中的高溶解度，研讨人员以为氦原子首先由太阳风注入钛铁矿晶格中，之后在晶格的沟道扩散效应下，氦会逐步开释出来。而表层玻璃具有原子无序堆积结构，约束了氦原子的开释，氦原子被捕获并逐步贮存起来，形成了气泡。

研讨标明，通过机械破碎办法有望在常温下提取以气泡形式贮存的氦-3，不需求加热至高温。并且，钛铁矿具有弱磁性，能够通过磁挑选与其他月壤颗粒分隔，便于在月球上原位挖掘。依据预算，月球上的氦-3如果全部用于核聚变，能够满意全球2600年的动力需求。

记者采访得知，中科院宁波资料所的这个研讨团队，是一支年青的科研团队。12位老师都是80后，学生有20人左右。团队负责人王军强研讨员说，爱好和坚持是科研成功之路的要害。

王军强大学毕业时，决定考取中科院物理所的研讨生，这是我国物理研讨水平最高的当地之一。王军强读博期间，常常做通宵试验，所以第一年下来，导师说他是试验花销最多的学生，但导师并不是在诉苦，而是以一种愉悦的口气在跟他说。这次，为了完成月壤研讨任务，团队也是常常通宵做试验和分析数据。最终，功夫不负有心人，他们获得了一些要害性的成果。

由于仅有1克月壤，每一次试验都要精心设计和核算。研讨者要运用特制的手套箱来实现月壤样品的取用，“从那一小团灰里来取一点点小颗粒”，要通过大量挑选，才能找到成功的样品。目前团队在研讨进程中，也正在使用自主研发的具有国际领先水平的超高温核磁共振设备，研讨高温下月壤样品的玻璃改变和相变，为未来原位3D打印月壤，树立月球基地奠定基础。

研讨作业有时候是很难看到清楚的方向或许结果的，许多颠覆性的、立异的研讨，需求等上几年甚至几十年才能发挥作用。

“研讨作业很有挑战性，走运的是我们走上了一条成功的路。”团队成员、中科院宁波资料所副研讨员许巍说。