氦-3，每吨价值30亿美元，为何月球有上百万吨，而地球只有半吨？

随着科技水平的持续进步，人类的能量消耗量也越来越大，即使在可以预见的未来里，地球上那点可怜巴巴的化石燃料也无法满足人类日益增长的能量需求，所以人类迫切需要一种强大的能源，而可控核聚变可以说是人类的最佳选择。

在核聚变反应过程中，较轻的原子核会聚合成较重的原子核，并因为质量的损失而释放出大量的能量，与核裂变相比，核聚变的质能转换率更高，并且其所需的核燃料也在宇宙中广泛存在，所以如果人类掌握了可控核聚变，那就相当于拥有了几乎用之不尽的能量。

由于直接进行氢原子核（即质子）的核聚变反应所需要的条件太高，因此人类暂时还只能从更重的原子核入手，而在可选的核聚变燃料之中，氦-3（He-3）可以说是最完美的了。

（注：氦-3是氦的同位素，其原子核由两个质子和一个中子构成）

为什么说氦-3是完美的核聚变燃料？

目前人类正在研究的是氘（D）和氚（T）的核聚变，氘氚聚变的优点是反应条件相对较低、释放的能量高、反应所需核燃料相对比较容易获取，但缺点是这种反应会产生大量的中子。

（注：氘和氚都是氢的同位素，氘原子核由一个质子和一个中子构成，氚原子核由一个质子和两个中子构成）

因为中子不带电，所以没有办法进行磁约束，这样就会造成核聚变装置的内壁会持续遭到中子的轰击，因此需要不断地更换内壁，而换下来的材料也可能会因为具备放射性而变成“核废料”，从而导致核聚变装置的成本高昂，而且还不容易控制。

上图列出了常见的核聚变反应类型，可以看到，在这些反应中，只有第3种（即氘和氦-3的核聚变反应）和第5种（即只有氦-3参与的核聚变反应）不会产生中子(n），由于其产生的质子(p）带正电，是可以对其进行磁约束的，因此对于人类的可控核聚变来讲，这两种反应都比氘氚聚变好。

需要注意的是，虽然第3种反应不会产生中子，但在反应过程中，核燃料中氘和氘却可能发生核聚变（即第2种反应），这就可能会产生中子，相比之下，第5种反应不但释放的能量高，并且还绝对不会产生中子，所以第5种反应才是最理想的，也正因为如此，氦-3才被认为完美的核聚变燃料。

氦-3好是好，但地球上的氦-3却少得可怜，根据科学家的估算，地球上已知的氦-3储量只有500公斤左右，也就是半吨，这也导致了氦-3非常昂贵，大概每吨价值30亿美元。

不过好消息是，探测数据表明，月球表面就存在着大量的氦-3，初步估计其储量有上百万吨，是地球氦-3储量的200万倍，按照人类目前的能量消耗水平，这些氦-3可供全人类使用1万年之久。相信大家在感到欣慰之余，不免也对此感到有些忿忿不平。

为何月球有上百万吨氦-3，而地球只有半吨？

我们知道，太阳的光和热其实也是来自于核聚变反应，在太阳这样的恒星内部，其核聚变反应主要是“质子﹣质子链反应”。

如上图所示，“质子﹣质子链反应”的核燃料其实就是质子（即氢原子核），整体上可以分为3步：1、质子和质子聚合成一个氘原子核；2、一个氘原子核与一个质子聚合成一个氦-3原子核；3、两个氦-3原子核聚合成一个氦-4原子核，同时释放出两个质子。

由此可见，太阳内部其实一直在产生氦-3原子核，现在重点来了，这些氦-3原子核并不会全部都参与到“质子﹣质子链反应”的第3步之中，它们中的一少部分会通过太阳的辐射层和对流层来到太阳表面，并最终随着“太阳风”一起离开太阳。

太阳风其实就是太阳发出的高速带电粒子流，其速度很快（初速度可达每秒钟数百公里），影响范围可以高达120天文单位，而月球与太阳的平均距离仅有1天文单位，因此就会遭到太阳风的猛烈轰击，久而久之，太阳风中的氦-3就在月球表面“堆积”起来了。

因此可以说，月球的上百万吨氦-3基本上都是太阳给它“送”过来的，那为什么地球却只有半吨氦-3呢？难道是太阳只给月球“送”不给地球“送”？

当然不是，实际上，太阳给地球“送”的氦-3还要多一些（毕竟地球的表面积比月球大），但地球却直接“拒收”了，这是因为地球有一个强大的磁场，这可以让太阳风“绕道而行”，所以太阳“送”来的氦-3就无法抵达地球表面。

既然如此，那地球上的这半吨氦-3又是哪里来的呢？

地球上的氦-3主要有两个来源，一种来源是地球“天生”自带的，由于氦-3是氦的稳定同位素，因此在地球形成之时的氦-3就可以长时间地存在于地球内部，不过在地球上所有的氦元素之中，氦-3的所占的比例极少，只有0.000137%左右。

第二种来源则是宇宙射线与地球大气层的相互作用，当宇宙射线中的快中子轰击到大气层中的氮-14原子核时就会发生反应，其反应过程如下图所示。

可以看到，这种反应会生成碳-12和氚，而氚是放射性同位素，其半衰期约为12.43年，氚的衰变属于β衰变，这种衰变会让氚原子核内的一个中子转变成质子，进而使氚衰变成氦-3。

由于上述两种来源中的氦-3都非常稀少，因此地球上也就只有差不多半吨的氦-3了。