嫦娥五号｜月球上氦-3气泡或达26万吨　满足地球2600年能源需求

中国科学院宁波材料技术与工程研究所、航天五院钱学森实验室、中国科学院物理研究所和南京大学等联合团队，对嫦娥五号月壤颗粒中的氦原子进行探测和研究时，发现月壤中钛铁矿颗粒表面存在一层“月瓖玻璃”，玻璃层中更有大量氦气泡。
研究人员估算，月球上以气泡形式储藏的氦-3总量或高达26万吨，若全部用于核聚变，可满足地球2600年的能源需求。

据介绍，研究人员发现月壤中钛铁矿颗粒表面都存在一层非晶玻璃，通过高分辨透射电镜结合电子能量损失谱法，在玻璃层中观测到大量的氦气泡，直径约为5至25nm，且大部分气泡都位于玻璃层与晶体的界面附近，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，研究人员认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，氦会逐渐释放出来。而表层玻璃具有原子无序堆积结构，限制了氦原子的释放，被捕获并逐渐储存起来，形成了气泡。

玻璃态材料特殊的无序原子堆积结构具有极高的稳定性，比如玻璃态琥珀可以将生物标本保存上亿年、氧化物玻璃可以将核废料储存上千年。这项工作表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。

工作表明，通过机械破碎方法有望在常温下提取气泡形式储存的氦-3，不需要加热至高温。同时，钛铁矿具有弱磁性，可以通过磁筛选与其他月壤颗粒分开，便于在月球上原位开采。

通过进一步计算，研究人员发现气泡中的氦气原子的数密度达到50-192 He/nm3，具有极高的压力。根据月球上钛铁矿总量估算，以气泡形式储藏的氦-3总量或高达26万吨，若全部用于核聚变，可以满足全球2600年的能源需求。

上述结果不但为月球上氦-3的富集机理提供新的见解，也为未来月球氦-3的原位开采利用奠定理论基础。有关研究已在国际期刊《Materials Futures》上发表。