何？地面が漏れている？

レビュー専門家：ガン・チアン、北京理工大学講師、応用化学博士

以前、「科学者たちは、ビッグバン後に形成されたヘリウム3ガスが地球の中心核から外部に継続的に漏れていることを発見した」という報道がありました。この報告は多くの人々を驚かせた。地球の核は内核と外核に分かれています。外核は液体であり、内核は固体であると推測されています。鉄とニッケル元素を主成分とする高温高密度の固体物質であり、その温度は4000～6800℃に達することがあります。では、地球の中心核にあるヘリウム3ガスはどこから来るのでしょうか。そして、なぜ科学者たちはこれをそれほど懸念しているのでしょうか。

地球の構造の模式図 出典: Baidu 百科事典

ヘリウム3とは何ですか?

化学を勉強したことがある友人は、ヘリウムが無色、無臭、そして密度が非常に低い単原子ガスであることを知っています。化学的性質は安定しており、他の物質と化学反応を起こしにくい。ヘリウムは周期表全体で2番目にランクされています。ヘリウム原子核内の中性子の数に応じて多くの同位体に分けられます。地球上では、ヘリウム原子核の大部分は 2 つの陽子と 2 つの中性子、つまりヘリウム 4 で構成されており、これは地球上の全ヘリウム元素の 99.99986% を占めています。さらに、ヘリウム原子核のもう一つの安定構造は、2つの陽子と1つの中性子のみで構成され、ヘリウム3と呼ばれ、わずか0.000137%を占めています。

ヘリウム4とヘリウム3の核構造 出典: Baidu百科事典

地球の中心核にあるヘリウム3と地球の起源との間にはどのような関係があるのでしょうか?

ヘリウム3を生成する方法はたくさんあります。例えば、トリチウムの放射性崩壊を通じてそれを得ることができます。しかし、トリチウムの半減期は12年と長く、この方法でヘリウム3を生成するのは非常に非効率的です。実際、宇宙のヘリウム3のほとんどは、138億年前のビッグバンから来ています。それは地球の起源とどのような関係があるのでしょうか?

宇宙の星雲はガスと塵で構成されており、そのほとんどは水素で、次いでヘリウム、その他の金属元素と非金属元素が続きます。太陽系の前身は、巨大で絶えず回転する星雲でした。

太陽系星雲 出典: Baidu 百科事典

学界では、地球は太陽系星雲が太陽系に変化する過程で誕生したと一般的に信じられています。それは星雲の中に漂う岩石や塵を継続的に集め、それを形に圧縮しました。この発達の過程で、地球が生み出した重力によって星雲内のガスが地球に引き寄せられ、太陽系内に漂っていたヘリウム3が自然に地球の中心核に運ばれました。
地球の中心核から漏れ出ているヘリウム3の検出は、地球の起源に関するこの理論の強力な証拠です。

ヘリウム3 - 核融合に最適な燃料

科学者たちがヘリウム3ガスにこれほど関心を寄せているのは、それが極めて希少だからというだけでなく、さらに重要なのは、ヘリウム3自体が大きな開発の可能性を秘めたエネルギー源だからである。

現在、人類の核融合研究は、核燃料として重水素と三重水素を利用しています。これら2つの核燃料の反応条件は厳しいものの、地球上にかなりの埋蔵量があり、大量のエネルギーを放出するため、科学者の注目を集めています。

重水素と三重水素の核融合反応の起源丨百度百科事典

唯一の欠点は、重水素と三重水素の核融合プロセス中に大量の中性子が放出されることです。これらの中性子自体は電荷を持たず、磁場によって束縛されることはありません。これらの中性子は非常に高いエネルギーを運び、内壁材料に直接衝突し、材料の表面に多数の欠陥を引き起こし、内壁に損傷を与え、材料の機械的特性に影響を与え、非常に重大な安全上の危険をもたらします。そのため、科学者たちは原子力エネルギーの開発と生産を促進するために、より安全な核燃料を見つけることを望んでいます。

ヘリウム3はまさにほぼ完璧な核燃料です。核融合反応のプロセスでは中性子は放出されず、正に帯電した陽子のみが放出されます。陽子は磁場内で磁気的に効果的に閉じ込められるため、核融合反応の安全性が大幅に向上し、過剰な核廃棄物が生成されません。地球上のヘリウム3の含有量が少なすぎるのは残念です。人類が採掘できると証明されている埋蔵量はわずか約500キログラムであり、大規模生産するのは不可能だ。人類はこの理想的な核燃料を逃す運命にあるのだろうか？

ヘリウム原子の核融合反応 出典: Baidu 百科事典

答えは月にある

45億年にわたって地球に付き添ってきた天然衛星である月には、少なくとも100万トンのヘリウム3の埋蔵量があることが検出されている。現在の資源消費レベルに基づくと、これらの埋蔵量は人類が 10,000 年間使用するのに十分な量です。

月は人類にとって常に大きな魅力を持っていました。前世紀の初め以来、米国とソ連を中心とする国々は、月への探査衛星の打ち上げに競争を始めました。特に、米国は研究のために何度も月から土壌サンプルを持ち帰り、人類の月に対する理解を大きく深めました。

2020年、月探査機「嫦娥5号」が打ち上げられ、月への初の自動採取・帰還ミッションを完了し、1,731グラムの月の土壌を持ち帰りました。これらの土壌を研究することで、月の土壌に含まれる豊富なヘリウム3資源を抽出する方法について、より多くのアイデアが得られます。

嫦娥5号探査機出典：百度百科

しかし、今日に至るまで、人類は月への探査を始めたばかりであり、月資源の開発は極めて困難です。月からヘリウム3を採取する方法は、SF小説『太陽までの距離』の中では単なる推測に過ぎません。

原子力産業技術と航空宇宙産業の発展により、月のヘリウム3などの資源の開発が実現すると信じています。おそらく近い将来、月と地球の間を往復する宇宙船が、人類に豊富なヘリウム3資源を届けることになるだろう。その時までに、人類の宇宙探査と理解は確実に新たな段階に入るでしょう。