等離子體反應堆可在火星上制造氧氣

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去年，美國國家航空航天局（NASA）實現了科幻作家幾十年來一直夢想的事：在火星上制造氧氣。NASA的“毅力號”探測器上安裝了一個微波大小的裝置，可將二氧化碳轉化為可供呼吸10分鐘的氧氣。現在，物理學家說，他們已經構想出一種方法，在等離子體反應堆中使用電子束來產生更多的氧氣。

麻省理工學院的實驗科學家Michael Hecht說，有朝一日，這項技術不僅可以幫助宇航員在這顆紅色星球上呼吸，還可以用來制造燃料和肥料。但是負責制氧探測車儀器的Hecht說，新方法在能夠搭便車到達我們的太陽鄰居之前，仍有許多挑戰需要克服。

當“毅力號”于2020年登陸杰澤羅隕石坑時，它進行了火星氧原位資源利用實驗（MOXIE）。該裝置吸入火星空氣，其中95%是二氧化碳。通過在電化學電池中兩個極性相反的電極之間注入電流，MOXIE可以將二氧化碳分解為一氧化碳和氧離子。然后氧離子相互結合產生氧氣。

這個實驗成功地證明了這個概念。但為了工作，MOXIE需要給火星空氣加壓并加熱——需要額外的部件來消耗能量，使其體積龐大。

里斯本大學的物理學家Vasco Guerra認為，等離子體反應堆可能是更好的方法。一束電子被加速到一個特定的能量水平，可以將二氧化碳分解成它的組成離子，或等離子體，就像MOXIE一樣。

此外，等離子體反應堆非常適合火星大氣層，因為火星大氣層比地球大氣層薄100倍左右。Guerra說，在稀薄的空氣中制造和加速電子束要容易得多。

在實驗室里，他和同事將與火星壓力和成分相匹配的空氣注入金屬管中。與MOXIE不同，它們不需要壓縮或加熱空氣。然而，通過向反應室發射電子束，他們能夠將大約30%的空氣轉化為氧氣。研究小組在《應用物理雜志》上報告說，他們估計這個裝置每小時可以產生大約14克氧氣：足夠支撐28分鐘的呼吸。

Hecht指出，Guerra的團隊仍然需要解決一些實際問題。他說，要想在火星上工作，等離子體設備需要一個便攜式電源和一個儲存氧氣的地方，所有這些都可能使它看起來不像MOXIE那么笨重。Hecht說，如果航天機構愿意花費數百萬美元來研發等離子體，就像NASA研發MOXIE那樣，等離子體方法就會成熟。他特別喜歡電子束如何被調節來分裂其他大氣分子，如氮，以制造肥料。他說：“等離子技術沒有什么問題，只是比MOXIE技術成熟得多。”