兰卡斯特大学最值钱的资产之一,存放在啤酒桶里。在一个严密上锁的实验室中,一排排金属桶摆在架子上,用细长的铜管连接。这些容器装的可不是获奖啤酒,而是一种叫氦-3的气体,世界上最昂贵的材料之一。一升大约要花2000美元(1500英镑),不过价格会有波动。

“这个实验室已经运行了50年左右。那时候氦气还挺便宜的,”高级讲师迪马·兹梅耶夫说。“我们非常有先见之明的前辈囤了不少。”不久的将来,可能更多人会想建立这样的库存。氦-3在量子计算和核聚变中有应用。然而,目前它的主要来源受到严格控制——来自核武器。具体来说,来自这些武器内部氚(氢的一种形式)的衰变。

田纳西州橡树岭国家实验室的杰出科学家大卫·麦科勒姆估计,全球每年可能通过这种方式生产数万升氦-3。但未来的需求可能远超这个供应量。一些企业家和研究人员表示,我们需要新的氦-3来源。它存在于地下,但浓度通常很低。

然而,阿波罗任务带回的月球尘埃(即月壤)样本表明,月球上可能存在相对高浓度的氦-3。因此,现在计划从月球回收氦-3。氦-3是氦的一种同位素,由原子核中的中子数定义。氦-4多一个中子,是相对便宜的版本——用来填充儿童派对气球的气体。

兹梅耶夫在物理实验中使用氦-3。例如,他在一个探测神秘暗物质粒子的项目中,用氦-3填充微型腔室。如果这样的粒子撞到一个氦-3原子,会使它们全部晃动。这会产生热量,可以测量到微小的温度上升。氦-3可以反复使用。

科学家在极低温度下混合氦-3和氦-4,创造出已知宇宙中最低的温度,低至毫开尔文范围(-273°C)。当氦-3原子逐渐从含有两种同位素的稀混合物中分离出来时,会在顶部形成一层纯氦-3。这种分离是一个相变过程,消耗能量,产生冷却效果,就像蒸汽从一杯热水上蒸发一样。基于氦-3的冷却(即稀释制冷)对量子计算机至关重要。

氦-3还可以用于某些核聚变反应堆,未来产生大量清洁能源。一家计划从月球提取氦-3的公司是总部位于西雅图的Interlune。“过去四年我们一直在开发、原型设计和测试技术……我们有一个30人的团队,还在扩大,”联合创始人兼首席执行官罗布·迈耶森说。迈耶森曾在2003年至2018年间担任杰夫·贝佐斯的火箭公司蓝色起源的总裁。

Interlune的联合创始人之一是在阿波罗17号任务中登上月球的哈里森·“杰克”·施密特,现已90多岁。他一直倡导从月球土壤中回收氦-3。Interlune已在抛物线飞行中测试了一些设备,这种飞行中飞机以大弧线飞行模拟零重力。迈耶森说,该公司的设备最早可能在2027年秋季集成到月球着陆器中。

最终,Interlune的目标是在月球上放置自主的铲土挖掘机,铲起粉末状物质并进行处理。其想法是粉碎和搅拌月壤,释放其中含有的氦-3。没有人确切知道月球上氦-3的浓度是多少。约翰霍普金斯大学应用物理实验室的保罗·伯克说,阿波罗月壤样本在返回地球时可能损失了一些氦-3,扭曲了我们对那里有多少氦-3的理解。此外,