本報策劃了“走近月壤研究”系列選題，帶你看看嫦娥五號奔赴月球“挖礦”，辛苦“背回”的月壤究竟能揭示月球哪些特征，不同科研機構又能從中獲得哪些科研成果。
7月30日，據中國探月與深空探測網(wǎng)報道，探月工程三期地面應用系統目前已完成第二批月球科研樣品的處理，嫦娥五號任務(wù)第二批月球科研樣品信息上線(xiàn)發(fā)布。
就在不久前，第一批1731克的月球科研樣品成為我國科學(xué)界的“香餑餑”。
7月12日，國家航天局探月與航天工程中心在北京國家天文臺舉行嫦娥五號任務(wù)第一批月球科研樣品發(fā)放儀式，13家科研機構成為首批開(kāi)展月球科研樣品研究的單位。其中，中核集團核工業(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，核地研院開(kāi)箱啟用月球樣品，揭牌成立核地研院月球樣品分析檢測實(shí)驗室，宣布正式啟動(dòng)嫦娥五號月球樣品科研工作。
月球，這片古人眼中的極陰之地，究竟蘊含著(zhù)何種能量?核地研院的科研人員準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(zhù)這些問(wèn)題，科技日報記者專(zhuān)訪(fǎng)了核地研院。
缺乏大規模試驗 人類(lèi)對月球核能元素認識有限
對看過(guò)動(dòng)畫(huà)片《機動(dòng)戰士高達》的人來(lái)說(shuō)，氦-3并不是什么神秘的名詞。
“月球基地以氦-3作為能源”幾乎是科幻作品設定的“標配”。作為核聚變最理想的燃料之一，氦-3是許多科幻作品中的?？?。它在地球上的含量非常稀少，在月球上卻十分富足。
據探月工程首任首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠估算，全世界一年的總發(fā)電量只需消耗約100噸氦-3，而月壤中的氦-3含量可滿(mǎn)足長(cháng)達萬(wàn)年的地球能源需求。開(kāi)發(fā)月壤中所蘊含的豐富氦-3，對人類(lèi)未來(lái)能源的可持續發(fā)展具有重要而深遠的意義。
核地研院院長(cháng)李子穎告訴記者，目前科學(xué)家對包括月球氦-3在內的核能元素的認識，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數據，資源評價(jià)精準程度遠遠不夠?，F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上的實(shí)驗室數據，缺乏大規模試驗和系統性的驗證。
“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)驗大樓一樓一間實(shí)驗室的手套箱內。該手套箱與用于核酸檢測的移動(dòng)方艙手套設計原理相似。不同的是，該手套箱內充滿(mǎn)氮氣，科研人員穿上白大褂，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)，然后再分別利用惰性氣體質(zhì)譜儀、電子探針、高精度激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等設備，相繼開(kāi)展氦-3含量、礦物組成、主微量元素含量等的測定，為進(jìn)一步的科學(xué)研究提供原始數據。
核地研院月球樣品分析檢測實(shí)驗室主任郭冬發(fā)告訴記者，核地研院想要從事上述研究離不開(kāi)一件殺手锏——國內為數不多的Helix SFT稀有氣體質(zhì)譜儀。該質(zhì)譜儀分叉管道設計，專(zhuān)門(mén)測試氦同位素，具有極高的靈敏度和分辨率，檢測器配備法拉第杯和極低噪音電子倍增器，可實(shí)現對氦-3和氦-4的同時(shí)檢測，顯著(zhù)提高測試準確度。與此同時(shí)，圍繞此質(zhì)譜儀，實(shí)驗室還自主設計研發(fā)了雙真空鉭片加熱爐和緊湊的氣體純化系統，并采用相關(guān)軟件聯(lián)合控制，實(shí)現了對樣品中氦同位素的全流程自動(dòng)化測試，顯著(zhù)提高了測試精度。這些條件為月壤樣品中氦-3含量的準確測試提供了重要保障。
核地研院月球樣品使用責任人黃志新研究員認為，通過(guò)研究，有望查明制約氦-3等聚變元素核素吸附能力的月壤成熟度等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，初步闡明嫦娥五號月壤樣品中氦-3的富集特征及機制;厘定嫦娥五號月壤樣品中氦-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)數據支撐。
同時(shí)，黃志新也表示，月球樣品具有特殊性，主要風(fēng)險為微細顆粒操作失誤(墜落、灑落等)和污染風(fēng)險。為防止操作失誤，操作人員必須經(jīng)過(guò)模擬操作訓練，并獲得操作許可證后，再開(kāi)始正式處理月球樣品;為控制污染，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，同時(shí)建立預防未知風(fēng)險因素預警機制。
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)復雜的系統性工程，又是一個(gè)在行星科學(xué)中極為重要的基礎性研究工作，對于揭示月球的形成及演化規律具有重要意義。
基于現有的從月球返回樣品的年代學(xué)研究工作，科學(xué)家構建了月球地質(zhì)年代的基本框架，但由于樣品分布范圍有限，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。
嫦娥五號采樣返回意味著(zhù)具有明確采樣位置的月球樣品又增加了新的“成員”，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、形成于不同歷史時(shí)期的月球樣品，對完整還原月球歷史，真正全面認識月球，認識地月系統，甚至認識整個(gè)太陽(yáng)系的存在有著(zhù)重要的意義。
值得一提的是，嫦娥五號采樣位置位于風(fēng)暴洋北部呂姆克山附近，有可能采集到克里普巖(KREEP)，該巖通常以富集鉀(K)、稀土元素(REE)、磷(P)、釷(Th)、鈾(U)元素為特征，這為研究鈾釷分布和富集特征以及KREEP巖的形成機制等這些目前未能解決的關(guān)鍵問(wèn)題提供了有利條件。
從長(cháng)遠看，雖然月球的地質(zhì)作用沒(méi)有地球的那么復雜和頻繁，但充分認識月球的地質(zhì)作用過(guò)程和月表特征，包括樣品形成時(shí)的環(huán)境和條件，對認識月球的地質(zhì)歷史和演化仍舊非常重要，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，甚至對認識地月系統乃至整個(gè)太陽(yáng)系有著(zhù)重要的意義。
月球是一個(gè)巨大的繞地軌道“空間站”，一個(gè)地球引力之外的天然衛星，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。開(kāi)展核能裂變和聚變元素資源評價(jià)研究可為未來(lái)地球應用和星際開(kāi)拓提供參考和支撐。
