本報(bào)策劃了“走近月壤研究”系列選題宗瓢，帶你看看嫦娥五號(hào)奔赴月球“挖礦”奈虾，辛苦“背回”的月壤究竟能揭示月球哪些特征府瞄，不同科研機(jī)構(gòu)又能從中獲得哪些科研成果。
7月30日蹂孽，據(jù)中國(guó)探月與深空探測(cè)網(wǎng)報(bào)道，探月工程三期地面應(yīng)用系統(tǒng)目前已完成第二批月球科研樣品的處理绸搞，嫦娥五號(hào)任務(wù)第二批月球科研樣品信息上線(xiàn)發(fā)布。
就在不久前亭结，第一批1731克的月球科研樣品成為我國(guó)科學(xué)界的“香餑餑”。
7月12日章理，國(guó)家航天局探月與航天工程中心在北京國(guó)家天文臺(tái)舉行嫦娥五號(hào)任務(wù)第一批月球科研樣品發(fā)放儀式嘴父，13家科研機(jī)構(gòu)成為首批開(kāi)展月球科研樣品研究的單位。其中企悦，中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)核地研院)得到了50毫克月球樣品。
7月16日绒北，核地研院開(kāi)箱啟用月球樣品察署，揭牌成立核地研院月球樣品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，宣布正式啟動(dòng)嫦娥五號(hào)月球樣品科研工作峻汉。
月球贴汪，這片古人眼中的極陰之地，究竟蘊(yùn)含著何種能量?核地研院的科研人員準(zhǔn)備用什么方法探尋這些能量?月球樣品究竟能揭示月球哪些奧秘?帶著這些問(wèn)題休吠，科技日?qǐng)?bào)記者專(zhuān)訪(fǎng)了核地研院扳埂。
缺乏大規(guī)模試驗(yàn) 人類(lèi)對(duì)月球核能元素認(rèn)識(shí)有限
對(duì)看過(guò)動(dòng)畫(huà)片《機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士高達(dá)》的人來(lái)說(shuō)，氦-3并不是什么神秘的名詞瘤礁。
“月球基地以氦-3作為能源”幾乎是科幻作品設(shè)定的“標(biāo)配”阳懂。作為核聚變最理想的燃料之一，氦-3是許多科幻作品中的彻袼迹客希太。它在地球上的含量非常稀少那辰，在月球上卻十分富足玲侧。
據(jù)探月工程首任首席科學(xué)家绑燃、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)估算，全世界一年的總發(fā)電量只需消耗約100噸氦-3符破，而月壤中的氦-3含量可滿(mǎn)足長(zhǎng)達(dá)萬(wàn)年的地球能源需求出毁。開(kāi)發(fā)月壤中所蘊(yùn)含的豐富氦-3，對(duì)人類(lèi)未來(lái)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義瞭阔。
核地研院院長(zhǎng)李子穎告訴記者管剂，目前科學(xué)家對(duì)包括月球氦-3在內(nèi)的核能元素的認(rèn)識(shí)，大多基于非常有限的月球取樣以及天文物理和天體遙感探測(cè)數(shù)據(jù)撵靴，資源評(píng)價(jià)精準(zhǔn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠〕绮郏現(xiàn)有的月壤氦-3提取技術(shù)也僅僅是建立在少量月球樣品基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，缺乏大規(guī)模試驗(yàn)和系統(tǒng)性的驗(yàn)證招砌。
“解剖”月壤樣品 為未來(lái)月球氦-3利用打前站
核地研院獲得的50毫克粉末樣品被置于該院實(shí)驗(yàn)大樓一樓一間實(shí)驗(yàn)室的手套箱內(nèi)秆廉。該手套箱與用于核酸檢測(cè)的移動(dòng)方艙手套設(shè)計(jì)原理相似顽腾。不同的是诺核，該手套箱內(nèi)充滿(mǎn)氮?dú)猓蒲腥藛T穿上白大褂窖杀，將手伸進(jìn)手套箱，就能利用高倍光學(xué)顯微鏡進(jìn)行礦物學(xué)觀(guān)察和分類(lèi)幌甘，然后再分別利用惰性氣體質(zhì)譜儀潮售、電子探針锅风、高精度激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等設(shè)備皱埠，相繼開(kāi)展氦-3含量、礦物組成番搅、主微量元素含量等的測(cè)定，為進(jìn)一步的科學(xué)研究提供原始數(shù)據(jù)昔黍。
核地研院月球樣品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任郭冬發(fā)告訴記者眠乏，核地研院想要從事上述研究離不開(kāi)一件殺手锏——國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的Helix SFT稀有氣體質(zhì)譜儀羽傻。該質(zhì)譜儀分叉管道設(shè)計(jì)法厢，專(zhuān)門(mén)測(cè)試氦同位素，具有極高的靈敏度和分辨率耽翁，檢測(cè)器配備法拉第杯和極低噪音電子倍增器竭沫，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氦-3和氦-4的同時(shí)檢測(cè)，顯著提高測(cè)試準(zhǔn)確度森书。與此同時(shí)谎势，圍繞此質(zhì)譜儀，實(shí)驗(yàn)室還自主設(shè)計(jì)研發(fā)了雙真空鉭片加熱爐和緊湊的氣體純化系統(tǒng)猖毫，并采用相關(guān)軟件聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品中氦同位素的全流程自動(dòng)化測(cè)試趁蕊，顯著提高了測(cè)試精度仔役。這些條件為月壤樣品中氦-3含量的準(zhǔn)確測(cè)試提供了重要保障。
核地研院月球樣品使用責(zé)任人黃志新研究員認(rèn)為剑银，通過(guò)研究更掺，有望查明制約氦-3等聚變?cè)睾怂匚侥芰Φ脑氯莱墒於鹊汝P(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題拴挫，初步闡明嫦娥五號(hào)月壤樣品中氦-3的富集特征及機(jī)制;厘定嫦娥五號(hào)月壤樣品中氦-3的逸出特性和最佳提取溫度;查明月壤樣品的主、微量元素含量特征及對(duì)氦-3含量的制約;為估算月球氦-3資源量和探索月球氦-3利用可行性提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐摸马。
同時(shí)胧扇，黃志新也表示蜀悯，月球樣品具有特殊性镐捧，主要風(fēng)險(xiǎn)為微細(xì)顆粒操作失誤(墜落、灑落等)和污染風(fēng)險(xiǎn)竹习。為防止操作失誤列牺，操作人員必須經(jīng)過(guò)模擬操作訓(xùn)練，并獲得操作許可證后瞎领，再開(kāi)始正式處理月球樣品;為控制污染九默，研究人員在使用樣品過(guò)程中，需要盡可能避免使用易污染的材料和試劑殿遂，同時(shí)建立預(yù)防未知風(fēng)險(xiǎn)因素預(yù)警機(jī)制。
樣本增加新“成員” 有望解開(kāi)更多月球奧秘
月球的年代學(xué)研究既是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程塞这，又是一個(gè)在行星科學(xué)中極為重要的基礎(chǔ)性研究工作闽但，對(duì)于揭示月球的形成及演化規(guī)律具有重要意義账阳。
基于現(xiàn)有的從月球返回樣品的年代學(xué)研究工作狡氏，科學(xué)家構(gòu)建了月球地質(zhì)年代的基本框架，但由于樣品分布范圍有限乔墙，并不能代表整個(gè)月球的情況，且留下了30—10億年間無(wú)月球樣品的空白腔召。
嫦娥五號(hào)采樣返回意味著具有明確采樣位置的月球樣品又增加了新的“成員”扮惦，并且此次重返月球有可能采集到更多來(lái)自不同地質(zhì)背景崖蜜、形成于不同歷史時(shí)期的月球樣品，對(duì)完整還原月球歷史豫领，真正全面認(rèn)識(shí)月球等恐，認(rèn)識(shí)地月系統(tǒng)，甚至認(rèn)識(shí)整個(gè)太陽(yáng)系的存在有著重要的意義闪檬。
值得一提的是，嫦娥五號(hào)采樣位置位于風(fēng)暴洋北部呂姆克山附近坐署，有可能采集到克里普巖(KREEP)玻岳，該巖通常以富集鉀(K)、稀土元素(REE)声碴、磷(P)葛窜、釷(Th)、鈾(U)元素為特征忽秕，這為研究鈾釷分布和富集特征以及KREEP巖的形成機(jī)制等這些目前未能解決的關(guān)鍵問(wèn)題提供了有利條件豹谎。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)看媳叨，雖然月球的地質(zhì)作用沒(méi)有地球的那么復(fù)雜和頻繁，但充分認(rèn)識(shí)月球的地質(zhì)作用過(guò)程和月表特征武福，包括樣品形成時(shí)的環(huán)境和條件痘番，對(duì)認(rèn)識(shí)月球的地質(zhì)歷史和演化仍舊非常重要夫偶，也可為月球和地球的比較研究及兩者的成因關(guān)系提供依據(jù)觉增，甚至對(duì)認(rèn)識(shí)地月系統(tǒng)乃至整個(gè)太陽(yáng)系有著重要的意義逾礁。
月球是一個(gè)巨大的繞地軌道“空間站”栗柴，一個(gè)地球引力之外的天然衛(wèi)星，在人類(lèi)向宇宙開(kāi)拓時(shí)，可利用月球的原材料為星際探索提供助力朗恤。開(kāi)展核能裂變和聚變?cè)刭Y源評(píng)價(jià)研究可為未來(lái)地球應(yīng)用和星際開(kāi)拓提供參考和支撐茸太。
