氦-3:为人类能源结构带来深刻变革

氦-3是一种惰性气体，在多个前沿科学领域扮演着不可替代的角色。在低温制冷领域，氦-3可为超导量子计算芯片、精密量子器件等研究提供接近绝对零度的极低温环境；在中子探测技术领域，氦-3是核电站辐射监测、隐藏核材料核查等领域高性能中子探测器的核心材料……

虽然氦-3已在众多科学领域“大显身手”，但更让科学界寄予厚望的是，氦-3有望作为未来潜在核聚变燃料，为人类能源结构带来深远变革。与当前主流研究的氘氚核聚变相比，氦-3聚变不产生中子，这不仅能显著降低反应装置的放射性损伤，而且几乎不会产生放射性核废料，因而被誉为一种潜在的清洁核聚变燃料。

之所以被称为一种“潜在”的核聚变燃料，主要源于氦-3聚变反应依然面临两大根本挑战：一是发生氦-3聚变反应极端苛刻的物理条件，二是氦-3资源的极端稀缺性。

首先，相比于氘氚聚变反应，氦-3原子核间的库伦排斥力更强，要实现聚变所需的核“碰撞”，就需要更高的温度和压力。理论计算表明，氦-3聚变点火所需温度高达约10亿℃，比氘氚核聚变反应所需的约1亿℃高出一个数量级，这对等离子体加热技术、稳态约束技术以及面向极高温的材料设计都提出了极致挑战。

其次，地球上氦-3资源的极端稀缺性，是制约氦-3核聚变反应研究的另一主要障碍。据保守估计，地球上可提取的氦-3的天然储量不足0.5吨，规模化利用可行性极低。因此，国际上开始将开发氦-3资源的目光投向月球，由于月球无磁场保护，含有大量氦-3粒子的太阳风会直接到达并轰击月球表面，从而将氦-3注入月表的月壤中被保存，可以说，月壤是氦-3资源的天然储库。估算显示，月壤中氦-3的总储量可达百万吨级，若能实现开采，理论上可支持人类数千年的清洁能源需求。

然而，月球氦-3资源的开采面临巨大的技术壁垒，涉及月球基地建设、氦-3资源原位提取、月地运输等复杂的系统过程，需要在技术可行性、工程可行性、经济可行性等方面进行充分考虑及权衡。

笔者认为，现阶段集中力量突破技术相对成熟的氘氚聚变，仍是实现可控核聚变能源的最优先路径。在此基础上，逐步发展高温等离子体物理、先进聚变材料以及月球氦-3资源开采等关键技术，进而为未来氦-3聚变的研究奠定坚实基础。虽然氦-3聚变能源之路较为漫长，但这一征程上每一个关隘的攻克，都将为人类能源的未来垒砌坚实的台阶。

（作者：李军杰，系中核集团核工业北京地质研究院正高级工程师）

责任编辑：王梓辰

文章来源：http://www.71.cn/2026/0430/1282777.shtml