蘭開斯特大學珍藏釀酒桶中的氦 -3 與月球采矿計畫
What is Helium-3 and could we get it from the moon?
作者: https://www.facebook.com/bbcnews | 時間: Tue, 16 Jun 2026 00:11:13 GMT | 來源: BBC
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Dima Zmeev 站在蘭開斯特大學珍貴的氦 -3 儲存器前
蘭開斯特大學擁有的最有價值的資產之一，就儲存在啤酒桶裡。但這不在學生酒吧裡。
在一個精心上鎖的實驗室裡，一排金屬桶排列在架子上，用細弱的銅管連接。這些容器裝的不是獎狀啤酒，而是一種名為氦 -3 的氣體，世界上最昂貴的物質之一。每公升約值 2,000 美元（1,500 英鎊），價格可能波動。
“實驗室運作了大約 50 年。當時氦氣相當便宜，”資深講師 Dima Zmeev 說，“我們的前輩們很明智地進行了儲備。”不久的將來，更多人可能會希望積累這樣的庫存。氦 -3 可用於量子計算和核融合。然而，其主要來源目前受到嚴格控制——它來自核武器。具體來說，來自武器內部氫同位素氚衰變。
美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的傑出科學家 David McCollum 估計，全世界每年可能以這種方式產生數萬公升的氦 -3。但未來的需求可能遠遠超過供應。一些企業家和研究人員表示，我們需要氦 -3 的新來源。它確實存在於地殼中，但通常濃度極低。
然而，來自阿波羅任務的月球灰塵樣本表明，其濃度可能相對較高。因此，目前正計劃從月球回收氦 -3。
氦 -3 是氦的同位素，由原子核中子的數目定義。氦 -4（多一個中子）是較為便宜的版本——一種填充兒童派對氣球的气体。
Zmeev 使用氦 -3 進行物理實驗。例如，他在一個項目中將微小腔室充滿此物，以檢測一種神秘的暗物質粒子。
如果這種粒子撞擊到氦 -3 原子之一，會使它們全部震動。這會產生熱量，這種微小的溫升可以測量。
氦 -3 可以一再重複使用。
科學家在極低溫度下混合氦 -3 和氦 -4，創造出已知宇宙中最低的溫度，達到毫開爾文範圍（-273 開爾文）。當氦 -3 原子逐漸從含有這兩種同位素的稀釋混合物中分離時，它們會在頂部形成純氦 -3 層。這種分離是消耗能量的相變，誘發冷卻效應，就像蒸汽從熱水杯上蒸發一樣。
基於氦 -3 的冷卻或稀釋冷凍對於量子電腦至關重要。
氦 -3 也可用於某些核融合反應堆，用於未來產生大量潔淨能源。
另一間計劃從月球提取氦 -3 的公司是位於西雅圖的 Interlune。“過去四年，我們開發、原型製作並測試了技術……我們擁有 30 人的團隊，且人數在增加，”合夥人兼執行長 Rob Meyerson 說。Meyerson 曾是藍源公司（Blue Origin，傑夫·貝佐斯的火箭公司）2003 至 2018 年的總裁。Interlune 的共同創始人之一是現已 90 多歲的哈里森·“傑克”·施米特，他在阿波羅 17 號任務期間曾在月球上行走。他長期主張從月球灰塵中回收氦 -3。
Interlune 在模擬零重力的拋物線飛行期間測試了一些設備，在這種飛行中，飛機以巨大的弧形飛行。Meyerson 說，該公司的套件最早在 2027 年秋季即可整合到月球著陸器中。
最終，Interlune 旨在將自動化的、挖掘月球灰塵的挖掘機放置在月球上，收集粉末狀材料並處理它。想法是壓碎和攪拌灰塵，釋放其中含有的氦 -3。
沒有人能確定月球上的氦 -3 濃度究竟為何。
約翰斯霍普金斯應用物理實驗室的 Paul Burke 表示，阿波羅帶回的灰塵樣本可能在返回地球時損失了一些氦 -3，這扭曲了我們對其含量的理解。
此外，可能沒有預期那麼多的氦 -3 富集區，或者它們的位置難以接近。“重要的是我們要了解氦 -3 在哪裡，”Burke 說。
正如 Space News 去年報導，外部月球濃度——可能在數十十億分之幾（ppb）到二十幾 ppb 之間——可能需要挖掘和處理數十萬公噸的灰塵，僅僅為了獲得一公斤氦 -3。Burke 稱之為“移山”的願景。
“我們並沒有忽視必須處理大量灰塵的事實，”Meyerson 說。這個計畫經濟上是否合理？“我們運行過數字……關於我們需要的一切，以到達月球、提取 [氦 -3] 並將其帶回地球。”
Interlune 拒絕向 BBC 分享這些數字，或分享開發其技術的總成本估計。
另一家美國公司 Astrotech Corporation 也宣佈打算前往月球。在這種情況下，是透過 SpaceX Starship 火箭。Astrotech 將透過加熱來從灰塵中提取氦 -3。執行長兼首席技術官 Tom Pickens 說，“一切都有挑戰。”
在他以前的太空應用中，他的公司製作了質譜儀，用於識別材料（如化學元素）並測量其濃度。
目前正在繼續開發月球氦 -3 提取的原型，Pickens 樂觀地表示：“你會看到它。”
他補充說，公司有“七或八”人參與此項目。
根據 McCollum 的建議，量子電腦最終可能需要數千公升的氦 -3，這取決於其設計。他與同事最近發表了一篇論文，檢視這些設備的能源和資源需求。
這意味著月球氦 -3 項目已經引起了興趣。位於赫爾辛基的量子計算公司已與 Interlune 簽署了 3 億美元（2.23 億英鎊）的協議，從 2028 年到 2037 年每年獲得 10,000 公升的氦 -3。
但也存在替代方案。一些科學家正在研製不那麼依賴氦 -3 來冷卻量子電腦的方法，例如奧克蘭大學的 Richard Easther 指出的。
此外，氦 -3 獵手或許確實可以從地殼中回收有用數量的氦 -3。總部設在葡萄牙的 Pulsar Helium 正在調查明尼蘇達一處地點上的氦 -3 存在情況。
那裡濃度約為 12ppb，Woods Hole 海洋學機構的地質化學家、該公司科學顧問 Peter Barry 表示。
他稱傳統的鑽探可以從那裡地底產生氦 -3，並補充道：“明尼蘇達比月球容易得多。”