“人类可以在月球建设核聚变电站直接利用氦-3，将产生的电能以无线传输方式发送回地面”网上看到的，真假？
网上流传的“人类可以在月球建设核聚变电站直接利用氦3，将产生的电能以无线传输方式发送回地面”的说法，在概念层面有一定的科学依据，但距离实际实现还有非常非常遥远的距离，可以认为是“科幻成分居多，现实差距巨大”。
咱们一点点来聊聊这个设想里涉及到的几个关键点：
1. 月球上的氦3：
真相： 月球表面确实存在氦3。氦3是一种氦的同位素，它在地球上非常稀少，但在月球上，由于月球没有厚厚的大气层和强烈的地磁场来阻挡太阳风，氦3就像是被“晒”在月球土壤（月壤）里的。太阳风富含氢、氦等粒子，其中就包括氦3。
开采难度： 月球土壤中氦3的含量极其微小，据估计，每吨月壤可能只含有几个微克（百万分之一克）的氦3。这意味着，要提取足够多的氦3来满足一个核聚变电站的需求，需要开采和处理海量的月壤。这本身就是一个巨大的工程挑战。
技术可行性： 目前，我们还没有成熟的、大规模在月球上进行资源开采的技术。真空、低温、辐射、月尘等都是严峻的挑战。即使是地球上现有的矿产开采技术，放到月球上也要进行颠覆性的改造。
2. 核聚变发电：
科学原理： 核聚变是指两个或多个较轻的原子核结合成一个较重的原子核，并释放出巨大能量的过程。这与我们目前广泛使用的核裂变（原子核分裂）不同。太阳就是依靠核聚变来发光的。
氦3在核聚变中的作用： 氦3作为核聚变的一种“燃料”，其最大的吸引力在于它能参与一种“纯净”的聚变反应：DT（氘氚）反应或DHe3（氘氦3）反应。
DT反应： 这是目前最容易实现的聚变反应，但会产生高能中子。中子虽然不带电，但会使反应堆材料产生放射性，也需要专门的屏蔽和冷却系统。
DHe3反应： 这种反应的好处是几乎不产生中子，主要产生带电的质子。这意味着反应堆材料的放射性会大大降低，对材料的要求也可能更宽松，而且产生的带电粒子更容易转化为电能，效率可能更高。这才是月球氦3吸引人的核心原因。
技术挑战： 尽管DHe3反应看起来更美好，但实现它的难度比DT反应要大得多。它需要更高的温度和更强的约束能力（如磁约束或惯性约束），才能让反应持续进行并释放出能量。目前，全球的核聚变研究（如ITER项目）主要集中在DT反应上，DHe3反应的研究还处于更初级的阶段。地球上的核聚变发电本身就还没有实现商业化应用，更不用说在月球上了。
3. 月球建设核聚变电站：
工程浩大： 在月球上建设一个能够发电的核聚变电站，需要解决一系列前所未有的工程难题。这包括：
运输： 将建造设备、核聚变反应堆本身（即便未来技术小型化，但初期也会很大）、以及必要的维护和运行人员运送到月球，需要极其庞大的运载能力和成本。
建造： 在月球低重力、真空、温差极大、遍布月尘的环境下进行精密复杂的工程建设，需要全新的建造技术和机器人。
维护与运行： 长期在月球上运行一个高科技、高风险的能源设施，维护和保障是巨大的挑战。
能源利用： 即使成功建造了聚变电站，如何高效地将聚变产生的能量转化为电能，再进行储存或传输，也是需要解决的技术问题。
4. 无线传输电能回地面：
技术原理： 无线能量传输是存在的，比如微波或激光能量传输。理论上，可以将能量转换成电磁波，定向发送到地面接收站。
实际瓶颈：
效率： 远距离的无线能量传输效率是一个巨大的难题。能量在传输过程中会有损耗，而且随着距离增加，损耗会非常显著。从月球到地球，这个距离是天文数字（平均约38万公里），效率可想而知会低到什么程度。
精度与安全性： 如何精确地将能量束对准地面的接收站，避免对其他飞行器或大气层造成影响，也是一个巨大的挑战。高能束的安全性问题也需要考虑。
能量规模： 如果要支撑地面电网的需求，传输的能量规模会非常庞大，这使得技术难度和安全风险进一步提高。
成本： 建造如此庞大的无线能量传输系统，其成本估计将是天文数字。
总结一下：
氦3在月球上的存在是真实的。
利用氦3进行“纯净”核聚变发电是一种有吸引力的设想，理论上可以解决核聚变的一些弊端。
但要实现这个设想，面临的技术障碍是极其巨大的：
月球氦3的开采技术和规模化生产。
核聚变技术的成熟，特别是DHe3反应的实现。
在月球上建造、运行和维护如此复杂的能源设施。
远距离、大功率、高效率、安全可靠的无线能量传输技术。
用更接地气的比喻来说，这就像是你听到一个设想：我们可以在火星上种出一种特殊的植物，榨出一种超级燃料，然后用一种看不见的“能量管道”把燃料直接输送到地球的每个家庭，让家家户户都能免费用上能源。 理论上，很多元素都能凑起来，但把这些零散的、还未成熟甚至还处于概念阶段的技术，拼凑在一起，并期待它能快速实现，那基本上就是科幻小说里的情节了。
所以，虽然这个想法听起来非常激动人心，也触及了未来能源的一些美好愿景，但它目前还停留在非常非常初级的“概念”阶段，离实际的“真”还有十万八千里的距离。更像是一种科学的“畅想”或者“愿景”，而不是一个“可以很快实现”的计划。
咱们一点点来聊聊这个设想里涉及到的几个关键点：
1. 月球上的氦3：
真相： 月球表面确实存在氦3。氦3是一种氦的同位素，它在地球上非常稀少，但在月球上，由于月球没有厚厚的大气层和强烈的地磁场来阻挡太阳风，氦3就像是被“晒”在月球土壤（月壤）里的。太阳风富含氢、氦等粒子，其中就包括氦3。
开采难度： 月球土壤中氦3的含量极其微小，据估计，每吨月壤可能只含有几个微克（百万分之一克）的氦3。这意味着，要提取足够多的氦3来满足一个核聚变电站的需求，需要开采和处理海量的月壤。这本身就是一个巨大的工程挑战。
技术可行性： 目前，我们还没有成熟的、大规模在月球上进行资源开采的技术。真空、低温、辐射、月尘等都是严峻的挑战。即使是地球上现有的矿产开采技术，放到月球上也要进行颠覆性的改造。
2. 核聚变发电：
科学原理： 核聚变是指两个或多个较轻的原子核结合成一个较重的原子核，并释放出巨大能量的过程。这与我们目前广泛使用的核裂变（原子核分裂）不同。太阳就是依靠核聚变来发光的。
氦3在核聚变中的作用： 氦3作为核聚变的一种“燃料”，其最大的吸引力在于它能参与一种“纯净”的聚变反应：DT（氘氚）反应或DHe3（氘氦3）反应。
DT反应： 这是目前最容易实现的聚变反应，但会产生高能中子。中子虽然不带电，但会使反应堆材料产生放射性，也需要专门的屏蔽和冷却系统。
DHe3反应： 这种反应的好处是几乎不产生中子，主要产生带电的质子。这意味着反应堆材料的放射性会大大降低，对材料的要求也可能更宽松，而且产生的带电粒子更容易转化为电能，效率可能更高。这才是月球氦3吸引人的核心原因。
技术挑战： 尽管DHe3反应看起来更美好，但实现它的难度比DT反应要大得多。它需要更高的温度和更强的约束能力（如磁约束或惯性约束），才能让反应持续进行并释放出能量。目前，全球的核聚变研究（如ITER项目）主要集中在DT反应上，DHe3反应的研究还处于更初级的阶段。地球上的核聚变发电本身就还没有实现商业化应用，更不用说在月球上了。
3. 月球建设核聚变电站：
工程浩大： 在月球上建设一个能够发电的核聚变电站，需要解决一系列前所未有的工程难题。这包括：
运输： 将建造设备、核聚变反应堆本身（即便未来技术小型化，但初期也会很大）、以及必要的维护和运行人员运送到月球，需要极其庞大的运载能力和成本。
建造： 在月球低重力、真空、温差极大、遍布月尘的环境下进行精密复杂的工程建设，需要全新的建造技术和机器人。
维护与运行： 长期在月球上运行一个高科技、高风险的能源设施，维护和保障是巨大的挑战。
能源利用： 即使成功建造了聚变电站，如何高效地将聚变产生的能量转化为电能，再进行储存或传输，也是需要解决的技术问题。
4. 无线传输电能回地面：
技术原理： 无线能量传输是存在的，比如微波或激光能量传输。理论上，可以将能量转换成电磁波，定向发送到地面接收站。
实际瓶颈：
效率： 远距离的无线能量传输效率是一个巨大的难题。能量在传输过程中会有损耗，而且随着距离增加，损耗会非常显著。从月球到地球，这个距离是天文数字（平均约38万公里），效率可想而知会低到什么程度。
精度与安全性： 如何精确地将能量束对准地面的接收站，避免对其他飞行器或大气层造成影响，也是一个巨大的挑战。高能束的安全性问题也需要考虑。
能量规模： 如果要支撑地面电网的需求，传输的能量规模会非常庞大，这使得技术难度和安全风险进一步提高。
成本： 建造如此庞大的无线能量传输系统，其成本估计将是天文数字。
总结一下：
氦3在月球上的存在是真实的。
利用氦3进行“纯净”核聚变发电是一种有吸引力的设想，理论上可以解决核聚变的一些弊端。
但要实现这个设想，面临的技术障碍是极其巨大的：
月球氦3的开采技术和规模化生产。
核聚变技术的成熟，特别是DHe3反应的实现。
在月球上建造、运行和维护如此复杂的能源设施。
远距离、大功率、高效率、安全可靠的无线能量传输技术。
用更接地气的比喻来说，这就像是你听到一个设想：我们可以在火星上种出一种特殊的植物，榨出一种超级燃料，然后用一种看不见的“能量管道”把燃料直接输送到地球的每个家庭，让家家户户都能免费用上能源。 理论上，很多元素都能凑起来，但把这些零散的、还未成熟甚至还处于概念阶段的技术，拼凑在一起，并期待它能快速实现，那基本上就是科幻小说里的情节了。
所以，虽然这个想法听起来非常激动人心，也触及了未来能源的一些美好愿景，但它目前还停留在非常非常初级的“概念”阶段，离实际的“真”还有十万八千里的距离。更像是一种科学的“畅想”或者“愿景”，而不是一个“可以很快实现”的计划。
网友意见
两个氦3自身可以聚变，生成一个氦4和两个质子，并放出大量能量，因此经在科幻作品中经常被设想成未来的聚变燃料：
纯氦3聚变的好处在于不产生中子，避免了中子对材料的辐照损伤，而中子辐照往往是制约聚变堆的一个重要因素。尽管如此，纯氦3聚变在聚变界却很少有人关注。
无它，太TM难了。
下表对比了几个常见聚变反应的参数要求[1]，其中T代表温度，Bmin代表磁场强度。可以看到，纯氦3聚变要求至少832 keV的等离子体温度（大约70亿度），以及170特斯拉的磁场强度，这个参数以现在的眼观来看简直是天方夜谭好么。
相比之下，氘-氦3的反应倒是更吸引人一些：
比起氘-氚（D-T）反应，氘-氦3反应不需要消耗氚是个很大的优势（氚的半衰期短，几乎没有天然的氚，人工合成也很困难）。并且这个反应同样不产生中子，不太需要考虑中子辐照的问题（虽然氘-氘自身的反应会产生中子，但其劳森判据很高[2]，占比应该比较小）。
氘-氦3的劳森判据虽然比氘-氚要高一些，但属于蹦一蹦说不定能够到的那种，跟纯氦3反应相比简直不要容易太多。
回到本题，假设未来我们能够低成本的精炼月壤中的氦3（难度不低，月壤中氦3浓度大约在亿分之一量级），我估计也不会在月球上建立聚变电站。
你把氦3顺丰快递回地球不好么，聚变燃料又不重，干嘛非得在月球上大兴土木打扰人家嫦娥姐姐。更何况月球上没有大气没有水，聚变堆散热都是个大问题。
退一步说，就算无良氦商不提供江浙沪包邮，你觉得快递费太贵不想运。可问题是你得反过来把氘运上去啊，毕竟地球海水里差不多1/6000都是氘，肯定是从地球上采氘比较划算。
在月球上建聚变电站，把氘运上月球，再千方百计把电输回来，怎么看都不太划算的样子。
参考
- ^Generalized Lawson criterion for magnetic fusion applications in space https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.08.008
- ^Lawson criterion https://en.wikipedia.org/wiki/Lawson_criterion#:~:text=The%20Lawson%20criterion%20is%20a,energy%20losses%20to%20the%20environment
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