技經觀察丨氦–3：未來科技競爭的新高地

氦–3，這種“用量雖小”但“作用甚大”的氦稀有同位素，正以前所未有的戰略價值，從實驗室走向全球科技與能源競爭的舞臺中央。它不僅是前沿科技突破的“催化劑”，更是未來產業命脈的“壓艙石”。隨著科技競爭與能源革命持續演進，氦–3的需求正日益增長，針對新獲取途徑的探索也在悄然鋪展。在全球科技競爭日趨白熱化、能源革命方興未艾背景下，誰能掌控氦–3供給，誰就將扼住通往未來時代的戰略“咽喉”。

一、氦–3極具戰略價值

氦–3原子核由2個質子和1個中子組成，結構獨特呈非對稱形態，中子捕獲能力極強，因而具備探測精度優異、反應產物潔凈、可持續吸熱制冷等突出優勢，這些核心特性鑄就了氦–3不可替代的戰略地位。人工智能、量子技術、可控核聚變等前沿領域，是牽引新一輪科技革命的核心引擎、支撐未來產業變革的戰略基座、搶占國際競爭先機的關鍵賽道，而氦–3正是保障這些技術突破、賦能相關產業發展的重要基礎原料。因此，氦–3堪稱新一輪科技革命中核心引擎的動力源、戰略基座的壓艙石、科技博弈的制高點。其三大不可替代的核心應用，共同構成了支撐未來科技革命的戰略支柱。

（一）氦–3是尖端探測的“靈敏觸角”

憑借與熱中子發生核反應時俘獲截面大、反應產物能量高等獨特核物理性質，氦–3成為制造高性能中子探測器的首選材料，在探測效率與信號識別上具有獨特優勢。中子探測器是核安全監測、工業無損檢測與微觀結構研究的核心設備，氦–3作為中子探測器的關鍵原料，堪稱守護國家核安全、驅動工業無損檢測、探索微觀物質結構的“眼睛”，在國家安全與科技進步中扮演著關鍵角色。

（二）氦–3是極低溫制冷的“必要支撐”

在量子計算與前沿物理研究的極低溫領域，氦–3是構筑接近絕對零度應用環境的核心基石。目前人類商業化制冷所能達到的極限低溫為10毫開爾文，僅比絕對零度（–273.15℃）高出0.01度，而氦–3正是實現這一量級制冷的必需原料。稀釋制冷機是當前全球唯一可商業化運行的10毫開爾文級極低溫裝置，其核心機理正是依托氦–3與氦–4在超低溫環境下的相分離特性，利用兩相遷移產生的熵增效應，為持續制冷提供根本動力。作為引領新一輪科技革命的關鍵力量，量子技術的穩定運行，必須依托氦–3所構建的10毫開爾文極端低溫條件。盡管多國正加緊研發無液氦制冷技術，但現有方案僅能在預冷環節以機械制冷替代液氦，在核心稀釋制冷單元仍無法繞開氦–3，難以實現真正替代。因此，氦–3的穩定供給，是實現極低溫制冷的前提保障，是搭建大規模量子算力的底層支撐，是搶占量子科技制高點的戰略命脈。

（三）氦–3是可控核聚變的“理想燃料”

可控核聚變被譽為破解AI時代能源困局的終極方案，而氦–3則是公認更清潔、更具長遠價值的聚變理想燃料。相較于當前主流的氘氚聚變路徑，氦–3與氘聚變可大幅減少放射性核廢料，顯著提升系統清潔度與安全性；更具戰略價值的是，該路線發電效率大幅躍升，可依托磁場約束實現動能向電能的直接轉化，發電效率較氘氚聚變提升40%至50%。氦–3氘聚變的技術優越性已獲全球共識，但其物理門檻同樣突出：實現點火所需的聚變三乘積較氘氚聚變高出一個數量級，對磁場強度、等離子體密度、能量約束時間等核心指標的要求，均遠超現有技術能力邊界。

二、供給格局：博弈初起

目前，氦–3的供應格局呈現“高度壟斷、路徑單一、前景多元”的鮮明特征，一場圍繞供給主導權的博弈正在展開。

（一）當前：冷戰庫存

全球商業化應用的氦–3，幾乎全部源自核武器與核反應堆中氚的衰變，產能受氚儲量嚴格制約，供給規模極為有限。美俄兩國依托冷戰時期積淀的龐大核武庫存，形成全球供給雙寡頭格局，并對氦–3實施嚴苛的國家管控，使其成為高度敏感的戰略稀缺資源。

機理清晰，工藝成熟。當前氦–3的規模化獲取，主要依托核武器與核反應堆內氚的衰變生成。其核心制備路徑為：通過中子輻照鋰靶材制備氚，再經由氚的放射性衰變（半衰期12.3年）持續產生氦–3，制取機理明確、技術路徑成熟。

儲量受限，產率低下。氦–3供給規模高度受制于氚的可用儲量，產出效率極低。單座核反應堆年均氚產量僅約0.13千克，而每克氚每年僅能衰變生成0.1克氦–3，天然制約了氦–3的規模化供給。

雙寡壟斷，管控嚴格。全球氦–3供給高度集中于美俄兩國，根源在于冷戰期間兩國囤積的海量核武儲備。美國為全球第一大氦–3儲備國，年產量約8000至10000升；俄羅斯緊隨其后，年產量亦接近10000升。兩國均實施嚴格的國家管控：美國由能源部國家核安全局主導生產，依托薩凡納河基地保障產能，并由能源部科學辦公室統一配售；俄羅斯則通過國家原子能集團統籌生產與出口。產能瓶頸疊加管制壁壘，共同造就氦–3極強的戰略屬性與政治敏感性。

（二）遠景：月球開采

月球風化層蘊含儲量可觀的氦–3，理論上可滿足人類數千年能源需求，但受技術難度與經濟成本雙重制約，規模化開發利用仍需漫長周期。

儲量豐富，潛力巨大。月球風化層的氦–3品位估算值為1.4至15ppb，儲量約100至500萬噸。月球氦–3若全部開采利用，轉換成的聚變能可滿足全球2600年的能源需求。同時經測算，月球開采氦–3為可控核聚變提供能源基礎具備成本效益。

門檻極高，周期漫長。提取1噸氦–3，需挖掘數億噸月壤，作業覆蓋面積達數萬平方公里。同時，高溫萃取、低溫分離、液化儲運、月地往返運輸等關鍵技術仍待突破，技術壁壘高、工程難度大、投入成本巨，規模化應用尚需長期攻關。

大國競逐，加速布局。中、美、俄三國是月球氦–3開發的主要力量，競相展開戰略布局。美國依托商業航天推進資源開發，能源部已與Interlune公司簽署全球首份月球氦–3采購協議，計劃2029年前完成3升氦–3采集；該公司已研發出每小時處理100噸月壤的開采樣機，擬于2030年前后實施月壤返回驗證任務，獲得美國能源部、NASA多方資金與技術支持。俄羅斯較早提出月球氦–3開發構想，但當前仍以基礎探測為主，整體進展相對緩慢。日本、歐洲等尚未形成針對性專項布局。我國以探月工程為牽引穩步推進月球資源開發，深空探測實驗室正論證月基磁懸浮拋射系統，探索氦–3高效月地轉運的創新技術路徑。

（三）近景：陸地礦藏

陸地氦–3商業礦藏的突破性發現，打破了此前無經濟開發價值陸地資源的傳統認知，為破解全球供給困局提供了全新路徑，也為戰略資源自主可控開辟了新方向。

開辟新道，質量可觀。近期，加拿大氦氣勘探企業Pulsar Helium在美國明尼蘇達州探明一處品質優異的氦–3天然礦藏，系全球首次在陸地天然氣藏中發現具備高濃度、可商業開發價值的氦–3資源。此前業界普遍判斷，陸地不存在具備規模化開采價值的氦–3礦藏，此次發現頗具偶然性：項目初期勘探目標為銅、鎳、鈷及鉑族金屬，勘探過程中意外探測到氦氣富集。Pulsar Helium公司敏銳捕捉資源潛力，隨即開展專項鉆探與系統研究，最終探明高品位氦–3與氦–4共生資源。該礦床氦–3品位高達11.2至11.9ppb，歷史最高測值達14.5ppb，與月球風化層儲量品位處同量級，且伴生高濃度氦–4，綜合開發價值突出。

前景可期，備受矚目。業內專家普遍認為，該礦藏可依托成熟天然氣處理設施實現提取，有望成為全球首個技術可行、供給安全的氦–3陸地替代來源，打造風險更低、見效更快、供應更穩的保障渠道。目前，該資源已獲美國官方高度關注，其品位數據經美國地質調查局、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室獨立驗證確認；Pulsar Helium已啟動二維地震勘探推進資源評估，并與美國能源部等部門深入磋商合作。但與此同時，盡管美國率先發現這一戰略新資源，相關氦–3產業鏈仍未啟動布局，全球層面的系統性規劃更為薄弱，配套的礦權審批、環境評價、開采準入等制度體系尚不完善，產業從勘探突破到規模化落地仍需較長培育周期。

（四）探索：地球氦氣分離

地球天然氦氣中蘊含的氦–3具備一定補充潛力，雖能在短期內緩解供給缺口，但受豐度、成本與技術限制，難以成為長期穩定來源，僅具備過渡性戰略價值。

儲量尚可，僅為補充。若能從地球天然氦氣中實現氦–3的完全分離，理論產量可達約20萬升，相當于當前全球年需求量的20倍，可在一定時期內緩解氦–3供應緊張局面，但無法從根本上破解長期供給瓶頸。

豐度極低，難以商用。氦氣多作為天然氣伴生資源開采，其在地球上天然豐度本就稀少，其中氦–3占比僅約1.37ppm，濃度微乎其微。現有分離技術尚未實現實質性突破，加之需在極低溫條件下運行，生產成本居高不下，長期產能潛力有限，尚不具備大規模商業化開發條件。

少數關注，理論探索。全球關注該技術路線的國家較少，僅少數機構開展相關研究。最先明確提出氦–3商業化的美國Interlune公司2024年獲得美能源部36.5萬美元撥款，研究從地球氦氣中分離氦–3的技術，但僅將該路徑作為緩解能源部供應短缺的短期過渡方案。德國林德集團（Linde）擁有從氦氣中分離氦–3的專利，但并未推動商業化進程。我國內亦有數家機構在攻關該技術。

三、未來展望

隨著全球前沿科技加速突破、產業蓬勃發展，氦–3作為未來產業的“咽喉”地位日漸清晰，圍繞氦–3戰略博弈的三大趨勢將持續深化。

（一）需求側：從“小眾稀缺”邁向“指數爆發”

氦–3作為未來產業的底層支撐與隱形制約，其需求增長與前沿科技發展深度綁定，隨著量子科技、可控核聚變等領域加速突破，氦–3需求必將邁入指數級增長新階段，供需格局將迎來根本性重塑。當前，氦–3的戰略價值已得到全球共識，但需求規模仍處于相對有限階段：全球年需求量約8000至12000升，而穩定供應量僅約5000升/年，供需缺口客觀存在，但短期矛盾尚不突出。然而，這一相對平衡的格局正被前沿產業的快速發展徹底打破。量子科技、可控核聚變等未來產業已步入加速發展的關鍵期，作為核心支撐原料，氦–3的市場需求將迎來爆發式躍升。

麥肯錫預測，作為量子科技核心支柱的量子計算，其創造的收入將從2024年的40億美元飆升至2035年的720億美元；而量子計算上游核心設備稀釋制冷機，2024年全球市場規模約3.54億美元，預計2030年后將突破百億美元級別，進而帶動氦–3需求同步激增。

可控核聚變的產業化應用潛力更為巨大，其市場規模的擴張將成為氦–3需求增長的核心引擎。據國際能源署預測，到2030年，全球核聚變市場規模有望達到4965.5億美元，屆時氦–3的戰略價值將進一步凸顯，需求缺口或將持續擴大。

（二）供給側：從“路徑單一”走向“陸月并舉”

面對氦–3供應高度依賴有限核武庫存的困局，全球已啟動月球開采布局，將其作為氦–3遠景儲備的核心路徑。而近期美國明尼蘇達州陸地氦–3礦藏的發現，具有里程碑式的突破意義，徹底打破了優質氦–3礦藏僅存在于月球的傳統認知。相較于月球開采、地球氦氣分離等其他路徑，該陸地礦藏路徑性價比優勢凸顯：規模上具備可勘探、可評估的基礎條件，技術上擁有可落地、可突破的實現空間，成本上依托傳統技術迭代與成熟運輸體系占據先天優勢，未來必將吸引各國加大關注力度、加快探索步伐，成為破解氦–3供給困局的重要突破口。

（三）競爭：從“資源爭奪”升維為“科技制高點”之爭

當前全球氦–3資源存量緊缺、增量開發尚未落地，圍繞氦–3的角逐已從單一能源資源爭奪，升級為未來科技制高點的戰略博弈。氦–3扼守未來產業發展咽喉，堪稱科技競爭的戰略命脈，誰率先掌控氦–3產供主導權，誰就能在新一輪科技革命中搶占先機、贏得主動。美國作為前沿技術與未來產業領跑者，已敏銳洞察氦–3戰略價值，搶先構建全方位布局：在《聚變能源戰略》中將氦–3明確為重點先進燃料研究方向；美國會參眾兩院協同推進《聚變先進制造業平等方案》，正推動氦–3列入關鍵礦物清單，使其戰略地位比肩稀土、鎵等關鍵戰略材料。

四、思考與建議

我國“十五五”規劃已將量子科技、可控核聚變納入六大未來產業重點布局，而氦–3作為支撐其發展的必需戰略資源，全球競爭日趨白熱化。為此，我國必須立足長遠、前瞻謀劃、系統部署：提升戰略站位，明晰資源定位，將氦–3上升至國家關鍵戰略資源高度；強化勘探攻關，拓展資源來源，將氦–3勘探納入新一輪找礦突破戰略行動；統籌陸月開發，構建多元保障體系，加快形成陸地勘探與月球開發并舉的多元供應格局；攻堅核心技術，打通全鏈瓶頸，突破提取、分離、儲運等關鍵環節技術壁壘，全面提升氦–3自主可控與穩定供給能力，為我國未來產業搶占全球制高點筑牢資源根基、提供堅實保障。

作者簡介

張雪 國務院發展研究中心國際技術經濟研究所研究五室

研究方向：能源資源領域戰略、技術和產業前沿

研究所簡介

國際技術經濟研究所（IITE）成立于1985年11月，是隸屬于國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展態勢，為中央和有關部委提供決策咨詢服務。“全球技術地圖”為國際技術經濟研究所官方微信賬號，致力于向公眾傳遞前沿技術資訊和科技創新洞見。

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