[科普中国]-氦聚变

氦3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。氦3原本大量存在于太阳喷射出来的高能粒子流——太阳风中。只要温度足够高，任何两种比铁轻的原子之间都可以发生聚变反应，其中又以氢-3和氢-2 之间的聚变需要的条件最低，只需要数千万度的温度，但是氢-3是半衰期为12.4年的放射性元素，自然界并不存在氢-3。氦燃烧把3个氦原子核聚合成一个碳原子核。

氦燃烧把三个氦原子核聚合成一个碳原子核，为28MeV。由此生成的碳原子核又可吸收一个氦原子核，生成氧原子核。氧原子核还可吸收一个氦原子核，生成氖原子核，不过发生这一反应的概率很低。至于氖原子核进一步吸收氦原子核的概率就更低了，可以忽略不计。恒星的氦燃烧速度比氢燃烧快得多，是氢的11—14倍。对于太阳，氦燃烧阶段只能持续大约10亿年。而极少数情况下会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，聚变反应便彻底停止。

氦3最吸引人类的就是它作为能源材料的优秀“潜质”。氘和氦3可以进行核聚变，这种聚变不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，可算是既无污染又安全。氦3不仅可用于地面核电站，而且特别适合作为火箭和飞船的燃料，用于宇宙航行。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。

1吨的氦3，足以保证一个功率1000万千瓦的发电机组工作1年。每燃烧1公斤氦3就可产生19兆瓦的能量，足够供莫斯科市照明用6年多。一个百万千瓦的火力发电站，每年消耗的煤是210万吨；如果这个发电厂是裂变核电站，它需要30吨的核燃料。可如果它是核聚变发电厂，燃料只需要600公斤。

据专家计算，如果采用氦3核聚变发电，美国年发电总量仅需消耗25吨氦3；中国1992年的年发电总量只需8吨氦3，全世界一年有100吨氦3就够了。以全球电价和空间运输成本算，1吨氦3的价值约40亿美元，而且随着空间技术发展，空间运输成本肯定将大大下降。法国科学家宣布，2030年，利用氦3进行核聚变发电将实现商业化。据估算，月球上有300万到500万吨的氦3储量，能够支持地球7000年的电量！

相比正加速发展的利用氘和氚反应的热核聚变装置来说，用氦-3来进行核聚变反应具有比用氚作燃料有更多的优点，主要表现在：①反应产生的能量更大；②传统的氚核反应过程中，伴随核聚变能的产生，要产生大量的高能中子，而这些中子能够对核反应装置产生广泛的放射性损伤；相反的，若用氦-3作为反应物，则主要产生高能质子而不是中子，对环境保护更为有利；③氚本身具有放射性，而氦-3则没有。

本词条内容贡献者为:

李炜炜 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心