一些比较杂的小科普，关于可控核聚变和月球上的氦3 6park.com
1  He3为啥月球有，地球几乎没有 6park.com
正好看到关于探月挖氦的帖子，有大飞龙网友问，“氦3是惰性气体,它怎么在真空环境下存在?而且地球更大还有大气层为何氦3更少？” “ 问题是月球的重力场很小嘛，它吸不住大气层，怎么吸住氦3？” https://club.6parkbbs.com/military/index.php?app=forum&act=threadview&tid=16160222 6park.com
我也试着回答一下，科普码字乐趣无穷。 6park.com
He3只是说元素原子里有几个质子几个中子的存在形式，和物态没关系。不能用物态“气态”去套用一些可能的性质。它在太阳风里是以等离子体存在，和气体没什么关系。大飞龙网友强调惰性，可能是想说电中性。没错宏观按每立方米体积算太阳风应该是电中性的，但是既然是等离子体，其实它大部分（百分之95）都是氢原子核，百分之4是氦原子核，前者其实就是质子粒，两者都是电正性的，然后在宏观尺度下又裹挟同样高速等量级的电子流，而得到电中性。它们的速度都很快，远比太阳系的逃逸速度快，不然也不会逆向太阳被抛出直接射到太阳系遥远的边缘，100倍日地距离以上。速度一般500公里每秒。相比大块头慢速的地月系统，所以无论地球还是月亮都是在用脸接这些很轻的带电子弹。所以聚积大气层和收集太阳风元素不是一回事，前者在地球上是地质运动和海洋甚至生物活动产生气体，地球靠其强大的引力，形成大气层。月亮块头小也没有相应的气体来源，即便刚和地球形成时有也被地球洛西极限扫清了。 太阳风作为高速带电粒子就不一样了，正面打到月球脸上就陷入固体层，月球的质量虽然小但也好歹是太阳系第二大的卫星，半径也小，经过几十亿年留下在表层一部分的氦和氦3也是很正常的。这也是为什么要取样2米甚至更深的意义。很可能揭示太阳风几十亿年的强弱分布，氦3的deposition速率，未来是local提纯还是一起挖了运回来等等。He3这个存量在月球被认为有百万吨以上，按线性的地球能源发展，这些氦3所转换的能源的确是万年计的储量。但是真这么乐观与否我后面再码字说说。 6park.com
地球上为什么没什么氦3，主要是因为地球磁层，其次是地球大气层的原因。前者被认为面对太阳的磁顶位置，是20倍地球半径就有对于太阳风粒子不可抗拒的磁场，磁尾更是有百倍地球半径距离。（地球真的是被保护的很好）太阳风粒子在接近地球20倍距离的时候就开始被向四面拨开。 aqw网友也补充的好，月球没有磁场，离地球也有60倍地球半径距离，所以月球在侧面的时候甚至能以更高密度来脸接太阳风。 6park.com
相比粒子流，太阳和地球都是很恐怖的极大质量的天体，太阳更是朝全太阳系无死角辐射太阳风，永远有运气好，永远正对着地球磁场切线的，结合地球公转甚至也正对着地球飞不变向的太阳风粒子。这时候地球大气层和电离层就会起作用。带电粒子很快会在这里和大气分子，别的宇宙射线被再碰撞，复合，生成光子，或者普通氢氦。这个辐射会随着大气高度降低而极剧降低。关于宇宙射线的发现也有很好玩的小故事。维克多赫斯 Viktor Hess 是个物理学家+气球爱好者，他上升他的热气球到500多米时候发现电离现象最低，此时地面和太空的电离辐射影响最低。再往上5000米9000米的时候，辐射是地表的粒子辐射的50倍以上。可见大气的影响，He3很难进到地表进入循环也不奇怪了。有趣的且值得敬佩的是这些谨慎的科学家每升高几百米就测一次电离值，然后还为了屏蔽太阳的影响还在晚上和日食时候分别做过对比的热气球实验，带入自己的话一个人提心吊胆的升空真觉得会很有意思，但是人类就是愿意上天入地探索未知的动物。 6park.com
2 再说一下He3的作用与核聚变。其实氢弹和现在比较热的在造的几个反应验证堆，都只是局限于氘氚反应。关于这方面的进展描述请见
https://www.youtube.com/watch?v=Scd7_Cxh3Io

两周前的很好的科普视频 很新鲜哟。 6park.com
那具体为什么需要He3，而认为氘氚不太好，是认为氘氚反应的生成物有大量的高能中子，它们不带电所以很难被磁场束缚装置例如托卡马克改变方向得到控制，会大量的轰击装置壁并且伴有中子辐射带来的很多副作用，

而He3的两个反应则都没有中子所以被认为是建造反应堆材料上最实用的聚变原料。换氘氚反应很可能每个小时都得换一次腔体材料。

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以上是最近华语媒体就着中国环流器二号M装置（HL-2M）点火和月球探索的两个新闻所最被津津乐道的内容，搞的好像很多成果都近在咫尺，没错进展是有，但距离突破还是遥远。另外，媒体分析的少的其实是，He3在可预见的50年甚至100年都很难成为核聚变的可用商业原料。上面那个科普视频也说了，核聚变要求三要素，约束时间 温度 压强的乘积要高。原料的核越大，库仑力越重，越难聚合粒子在一起。克服库仑力再挑战原子核的结合强力的难度就是指数性增长。最近点火的这些氘氚反应温度在1亿度左右，如果要换氦3的话，温度按照质能方程算需要百亿度以上。这还只是按玻尔兹曼的换算公式得到的，1电子伏特能量等价于11k度（人并不能直接测量上亿高温，只能按验证实验的质量计算换算出这些很夸张的温度，具体能量转换需要额外浪费的还没算进去）并且氦3反应的 三重积中的约束时间还短，一去一来难度会提高百倍甚至千倍。而最棘手的是我们为了发电，是希望产生这样的环境会带来更多的能量，如果以百倍千倍（不一定是线性增加）的能量投入产生的能量甚至还少的话，那根本意义不大。相反普通的氘氚反应日本已经验证出产出能量可以大于投入能量的聚变了，且实验温度上亿现在各国也是常态。可能可控核聚变更实际的方向还是氘氚反应加上重金属中和中子的模式。这方面中国加入的ITER和自己搞的CFTER两个项目未来二十年必出进展，值得期待。大家有娃的也可以培养他们这方面的兴趣。 6park.com
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3登月真伪， 6park.com
我认为美国载人登月必然是真的，苏联一直走在载人航天的前列。加加林先成功，还好有个载人登月的桂冠在，美国没有停滞想反超，所以双方继续竞赛。如果不是苏联的大推力火箭N1几乎全爆，而美国的土星5号全部成功，第一个登月的国家肯定是苏联。这还是半导体技术当时暂时落后的苏联都在搞载人登月。到时候苏联成功了就再没有需要追求的目标，美国不会再去举国浪费钱去重复苏联的第二次荣光了。 6park.com
也正因如此，美国人的一举一动也是被苏联卫星甚至内部人士间谍高度关注的。并且以美国人的尿性，自己的主流科学家如果确信是假的也早开始揭露了。基于中俄美欧主流科学家如此多年从没有过揭露的声音，我相信登月是真的。并且美国人登月不是一批是很多批十几二十号人，如果是假的只是为了宣传，也没必要重复多次横跨十几二十年让上万人参与和从业人员多少受影响，也无数学者phD都基于阿波罗计划，我相信大部分学者对于哲学博士这个头衔的神圣性还是有基本的操守。 6park.com
作为个搞通讯模拟芯片的从业者，我比较怀疑的是当年的视频“直播”第一次登月。要知道60年代连个电视都没什么很大普及率，但是却拿宝贵的起飞重量，通讯带宽，运算能力，transceiver的功率来给电视直播，是很奇怪的事情。现在来看这个视频传输速率也很难让人信服。当然NASA后来几任首席科学家有解释用了特殊的算法传输低速率的文件再补帧，但是几次解释不很统一并且没有相关技术的论文，还是比较奇怪的，当然网上关于通讯方面解释登月直播的帖子也是海量，说服力各有高低。所以直播是有可能有水分，登月本身值得怀疑的地方不多。美国现在抛去实体制造业，这番田地但是掌握了全球的金融不能说他一定是退步了。屠龙者变恶龙，资本变成贪婪懒惰的资本应该是必然，尤其是以武力为依托的称霸者。中国却是和平崛起，这么一个大人口国家，这么大的经济体量，无疑是人类发展史上没出现过的阶段。好的话，不重蹈覆辙，真造福一方乃至全球。 6park.com
 

贴主:日出东方朔于2020_12_28 21:34:27编辑
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