Гелий 3 википедия: HTTP 429 — too many requests, слишком много запросов

3 | это… Что такое Гелий-3?

У этого термина существуют и другие значения, см. Гелий (значения).

Гелий-3 — самый лёгкий из стабильных изотопов гелия.

Состав и строение

Ядро гелия-3(3) (гелион) состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от гелия-4, имеющего в составе по два протона и нейтрона. Природная изотопная распространённость гелия-3 составляет 0,000137 % (в атмосфере Земли; в других резервуарах она может очень сильно отличаться в результате природного фракционирования и т. п.)^[2]. Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается в 35 000 тонн. Оба изотопа гелия постоянно улетучиваются из атмосферы в космос, однако убыль гелия-4 на Земле восполняется за счёт альфа-распада урана, тория и их дочерних нуклидов (альфа-частица — это ядро гелия-4). В отличие от более тяжёлого изотопа, гелий-3 не появляется в процессах радиоактивного распада (за исключением распада космогенного трития). Бо́льшая часть гелия-3 на Земле сохранилась со времён её образования. Он растворён в мантии и постепенно поступает в атмосферу; считается, что его изотопная распространённость в мантии составляет 200—300 частей на миллион частей гелия-4, то есть на 2 порядка больше, чем в атмосфере. Однако его поступление из мантии в атмосферу (через вулканы и разломы в коре) оценивается всего в несколько килограмм в год. Некоторая часть гелия-3 возникает при распаде трития, в реакциях скалывания на литии (под действием альфа-частиц и космических лучей), а также поступает из солнечного ветра. На Солнце и в атмосферах планет-гигантов первичного гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли. В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. В результате тонна лунного грунта содержит 0,01 г гелия-3 и 28 г гелия-4; это изотопное соотношение (~0,04 %) значительно выше, чем в земной атмосфере.

Открытие

Существование гелия-3 было предположено австралийским ученым Марком Олифантом во время работы в Кембриджском университете в 1934. Окончательно открыли этот изотоп Луис Альварес и Роберт Корног в 1939.

Физические свойства

Атомная масса гелия-3 равна 3,016 (у гелия-4 она равна 4,0026, ввиду чего их физические свойства весьма отличаются). Гелий-3 кипит при 3,19 К (гелий-4 — при 4,23 К), его критическая точка равна 3,35 К (у гелия-4 — 5,19 К). Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л, тогда как у гелия-4 она равна 124,73 г/л, в 2 раза больше. Удельная теплота испарения равна 26 Дж/моль (у гелия-4 — 82,9 Дж/моль).

Жидкий гелий-3

См. также: Сверхтекучесть#Сверхтекучесть в жидком гелии-3

Квантовая жидкость, существенно отличающаяся по свойствам от жидкого гелия-4. Жидкий гелий-3 удалось получить только в 1948 году. В 1972 году в жидком гелии-3 был обнаружен фазовый переход в сверхтекучее состояние при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм. Ранее считалось, что сверхтекучесть, как и сверхпроводимость — явления, характерные для бозе-конденсата, то есть кооперативные явления в среде с целочисленным спином объектов. За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 г. была присуждена Нобелевская премия по физике Дугласу Ошерову, Роберту Ричардсону и Дэвиду Ли. В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены Алексей Алексеевич Абрикосов, Виталий Лазаревич Гинзбург и Энтони Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3.^[3]

Использование

Счётчики нейтронов

Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. В них происходит реакция

n + ³He → ³H + ¹H + 0,764 МэВ.

Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.

Получение сверхнизких температур

Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур.

Медицина

Поляризованный гелий-3 (он может долго храниться) недавно начал использоваться в магнитно-резонансной томографии для получения изображения лёгких с помощью ядерного магнитного резонанса.

Стоимость

Средняя цена гелия-3 в 2009 году составила $930 за литр^[4].

Гелий-3 как ядерное топливо

Реакция ³Не + D → ⁴Не + p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → ⁴Не + n. К этим преимуществам относятся:

1. В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора;
2. Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе;
3. Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности;
4. При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю^{[источник не указан 190 дней]}.

К недостаткам гелий-дейтериевой реакции следует отнести значительно более высокий температурный порог. Необходимо достигнуть температуры приблизительно в миллиард градусов, чтобы она могла начаться^{[источник не указан 1175 дней]}.

В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников, а создаётся искусственно, при распаде трития. Последний производился для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах.

Планы добычи гелия-3 на Луне

Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце.^{[источник не указан 554 дня]} На Земле его добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов за год.

Другое дело — Луна, у которой нет атмосферы. В результате, этого ценного вещества там находится до 10 млн тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн^[5]). При термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти^[6] (однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции). Следовательно, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 должно хватить как минимум на ближайшее тысячелетие. Основной проблемой остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Как упомянуто выше, содержание гелия-3 в реголите составляет ~1 г на 100 т. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать не менее 100 млн тонн грунта.

В фантастике

• В игре Mass Effect человечество использовало гелий-3 как основное топливо.
• В игре EVE Online раса Амарр добывает гелий-3 из космического льда и использует его как топливо для своих звездных баз, а также для прыжковых двигателей.
• В аниме Planetes люди добывают гелий-3 на Луне и будут использовать его в качестве топлива на корабле «Фон Браун», который отправится к Юпитеру.
• В аниме Moonlight Mile люди строят станцию на Луне для добычи гелия-3.
• В фильме Луна 2112 ведется промышленная добыча гелия-3 на Луне, для производства энергии на Земле.
• В фильме Железное небо астронавты США прилетели на Луну для разведки количества Гелия-3.

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3} G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
2. ↑ ^{1 2 3 4} G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
3. ↑ Сверхтекучий ³He: ранняя история глазами теоретика — нобелевская лекция Э. Дж. Леггетта, УФН, т. 174, № 11, 2003 г.
4. ↑ Survey of Critical Use of 3He for Cryogenic Purposes — Northwestern University
5. ↑ 3D News Колонизация Солнечной системы отменяется (4 марта 2007). Проверено 26 мая 2007.
6. ↑ http://www.ria.ru/science/20120725/709192459.html // РИА Новости

Литература

• E. R. Dobbs, Helium Three. — Oxford University press, 2000. ISBN 0-19-850640-6

Гелий-3 на службе человеку

Этот изотоп планируется добывать на Луне для нужд термоядерной энергетики. Однако это дело далекого будущего. Тем не менее гелий-3 чрезвычайно востребован уже сегодня — в частности, в медицине.

Владимир Тесленко

Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается всего лишь в 35 000 т. Его поступление из мантии в атмосферу (через вулканы и разломы в коре) составляет несколько килограммов в год. В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение сотен миллионов лет облучения солнечным ветром. В результате тонна лунного грунта содержит 0,01 г гелия-3 и 28 г гелия-4; это изотопное соотношение (~0,04%) значительно выше, чем в земной атмосфере.

Амбициозные планы добычи гелия-3 на Луне, на полном серьезе рассматриваемые не только космическими лидерами (Россия и США), но и новичками (Китай и Индия), связаны с надеждами, которые возлагают на этот изотоп энергетики. Ядерная реакция 3Не+D→4Не+p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T+D→4Не+n.

К этим преимуществам относится в десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведенную радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора. Кроме того, один из продуктов реакции — протоны — в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии. При этом и гелий-3, и дейтерий неактивны, их хранение не требует особых мер предосторожности, а при аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю. Есть у гелий-дейтериевой реакции и серьезный недостаток — значительно более высокий температурный порог (для начала реакции требуется температура порядка миллиарда градусов).

Хотя все это дело будущего, гелий-3 чрезвычайно востребован и сейчас. Правда, не для энергетики, а для ядерной физики, криогенной промышленности и медицины.

Магнитно-резонансная томография

С момента своего появления в медицине магнитно-резонансная томография (МРТ) стала одним из основных диагностических методов, позволяющих без всякого вреда заглянуть «внутрь» различных органов.

Примерно 70% массы человеческого тела приходится на водород, ядро которого, протон, обладает определенным спином и связанным с ним магнитным моментом. Если поместить протон во внешнее постоянное магнитное поле, спин и магнитный момент ориентируются либо вдоль поля, либо навстречу, причем энергия протона в первом случае будет меньше, чем во втором. Протон можно перевести из первого состояния во второе, передав ему строго определенную энергию, равную разнице между этими энергетическими уровнями, — например, облучая его квантами электромагнитного поля с определенной частотой.

Простейшим и самым прямым способом намагнитить гелий-3 является его охлаждение в сильном магнитном поле. Однако эффективность этого метода весьма низка, к тому же он требует сильных магнитных полей и низких температур. Поэтому на практике применяют метод оптической накачки – передачи атомам гелия спина от поляризованных фотонов накачки. В случае с гелием-3 это происходит в два этапа – оптическая накачка в метастабильном состоянии и спиновый обмен между атомами гелия в основном и метастабильном состоянии. Технически это реализуется путем облучения лазерным излучением с круговой поляризацией ячейки с гелием-3, переведенного в метастабильное состояние слабым высокочастотным электрическим разрядом, в присутствии слабого магнитного поля. Поляризованный гелий можно хранить в сосуде с внутренним покрытием из цезия при давлении 10 атмосфер в течение порядка 100 часов.

Именно так и устроен МР-томограф, только обнаруживает он не отдельные протоны. Если поместить образец, содержащий большое количество протонов в мощное магнитное поле, то количества протонов с магнитным моментом, направленным вдоль и навстречу полю, окажутся примерно равными. Если начать облучать этот образец электромагнитным излучением строго определенной частоты, все протоны с магнитным моментом (и спином) «вдоль поля» перевернутся, заняв положение «навстречу полю». При этом происходит резонансное поглощение энергии, а во время процесса возвращения к исходному состоянию, называемому релаксацией, — переизлучение полученной энергии, которое можно обнаружить. Это явление и называется ядерным магнитным резонансом, ЯМР. Средняя поляризация вещества, от которой зависит полезный сигнал при ЯМР, прямо пропорциональна напряженности внешнего магнитного поля. Чтобы получить сигнал, который можно обнаружить и отделить от шумов, требуется сверхпроводящий магнит — только ему под силу создать магнитное поле с индукцией порядка 1−3 Тл.

Магнитный газ

МР-томограф «видит» скопления протонов, поэтому отлично подходит для изучения и диагностики мягких тканей и органов, содержащих большие количества водорода (в основном в виде воды), а также дает возможность различать магнитные свойства молекул. Таким способом можно, скажем, отличить артериальную кровь, содержащую гемоглобин (основной переносчик кислорода в крови), от венозной, содержащей парамагнитный дезоксигемоглобин, — именно на этом основана фМРТ (функциональная МРТ), позволяющая отслеживать активность нейронов головного мозга.

Но, увы, такая замечательная методика, как МРТ, совершенно не приспособлена для изучения заполненных воздухом легких (даже если наполнить их водородом, сигнал от газообразной среды с низкой плотностью будет слишком слаб на фоне шумов). Да и мягкие ткани легких не слишком хорошо видны с помощью МРТ, поскольку они «пористые» и содержат мало водорода.

Можно ли обойти это ограничение? Можно, если использовать «намагниченный» газ — в этом случае средняя поляризация будет определяться не внешним полем, потому что все (или почти все) магнитные моменты будут ориентированы в одном направлении. И это вовсе не фантастика: в 1966 году французский физик Альфред Кастлер получил Нобелевскую премию с формулировкой «За открытие и разработку оптических методов исследования резонансов Герца в атомах». Он занимался вопросами оптической поляризации спиновых систем — то есть как раз «намагничиванием» газов (в частности, гелия-3) с помощью оптической накачки при резонансном поглощении фотонов с круговой поляризацией.

Дышите глубже

Пионерами использования поляризованных газов в медицине стала группа исследователей из Принстона и Нью-йоркского университета в Стони-Брук. В 1994 году ученые опубликовали в журнале Nature статью, в которой впервые было продемонстрировано изображение легких мыши, полученное с помощью МРТ.

Правда, МРТ не совсем стандартной — методика была основана на отклике не ядер водорода (протонов), а ядер ксенона-129. К тому же газ был не совсем обычным, а гиперполяризованным, то есть заранее «намагниченным». Так родился новый метод диагностики, который вскоре начали применять и в человеческой медицине.

Гиперполяризованный газ (обычно в смеси с кислородом) попадает в самые дальние закоулки легких, что дает возможность получить МРТ-снимок с разрешением на порядок выше лучших рентгеновских снимков. Можно даже построить детальную карту парциального давления кислорода в каждом участке легких и потом сделать заключение о качестве кровяного потока и диффузии кислорода в капиллярах. Эта методика позволяет изучить характер вентиляции легких у астматиков и контролировать процесс дыхания критических пациентов на уровне альвеол.

Достоинства МРТ с использованием гиперполяризованных газов этим не ограничиваются. Поскольку газ гиперполяризован, уровень полезного сигнала оказывается значительно выше (примерно в 10000 раз). Это означает, что отпадает необходимость в сверхсильных магнитных полях, и приводит к конструкции так называемых слабопольных МР-томографов — они дешевле, мобильнее и гораздо просторнее. В таких установках используются электромагниты, создающие поле порядка 0,005 Тл, что в сотни раз слабее стандартных МР-томографов.

Маленькое препятствие

Хотя первые эксперименты в этой области проводились с гиперполяризованным ксеноном-129, вскоре его заменил гелий-3. Он безвреден, позволяет получать более четкие изображения, чем ксенон-129, имеет в три раза больший магнитный момент, что обусловливает более сильный сигнал в ЯМР. Кроме того, обогащение ксенона-129 из-за близости массы с другими изотопами ксенона — дорогой процесс, да и достижимая поляризация газа существенно ниже, чем у гелия-3. К тому же ксенон-129 обладает седативным эффектом.

Но если слабопольные томографы просты и дешевы, почему же метод МРТ с гиперполяризованным гелием не используется сейчас в каждой поликлинике? Есть одно препятствие. Но зато какое!

Наследие холодной войны

Единственный способ получения гелия-3 — распад трития. Большая часть запасов 3He обязана своим происхождением распаду трития, произведенного во время ядерной гонки вооружений в период холодной войны. В США к 2003 году было накоплено примерно 260 000 л «сырого» (неочищенного) гелия-3, а к 2010 году осталось только 12000 л незадействованного газа. В связи с возрастанием спроса на этот дефицитный газ в 2007 году даже было восстановлено производство ограниченных количеств трития, и до 2015 года планируется дополнительно получать по 8000 л гелия-3 ежегодно. При этом годовой спрос на него уже сейчас составляет не менее 40 000 л (из них только 5% используется в медицине). В апреле 2010 года американский Комитет по науке и технологии США сделал вывод, что нехватка гелия-3 приведет к реальным негативным последствиям для многих областей. Даже ученые, работающие в ядерной отрасли США, испытывают трудности с приобретением гелия-3 из запасов государства.

Еще одна отрасль, которая не может обойтись без гелия-3 – это криогенная промышленность. Для достижения сверхнизких температур применяется т.н. рефрижератор растворения, который использует эффект растворения гелия-3 в гелии-4. При температуре ниже 0.87 К смесь разделяется на две фазы – богатую гелием-3 и гелием-4. Переход между этими фазами требует энергии, и это дает возможность охлаждения до очень низких температур — до 0,02 К. Простейшее такое устройство имеет достаточный запас гелия-3, который постепенно перемещается через границу раздела фаз в фазу, богатую гелием-4 с поглощением энергии. Когда запас гелия-3 закончится, устройство не сможет работать далее – оно «одноразовое».
Именно такой способ охлаждения, в частности, использовался в орбитальной обсерватории Planck Европейского космического агентства. В задачу «Планка» входила регистрация анизотропии реликтового излучения (с температурой около 2,7 К) с высоким разрешением с помощью 48 болометрических детекторов HFI (High Frequency Instrument), охлаждаемых до 0,1 К. До того, как запас гелия-3 в системе охлаждения был исчерпан, «Планк» успел сделать 5 снимков неба в микроволновом диапазоне.

Аукционная цена гелия-3 колеблется в районе $2000 за литр, причем никаких тенденций к снижению не наблюдается. Дефицит этого газа обусловлен тем, что основная часть гелия-3 используется для изготовления нейтронных детекторов, которые применяются в устройствах для обнаружения ядерных материалов. Такие детекторы регистрируют нейтроны по реакции (n, p) — захвату нейтрона и испусканию протона. А чтобы засечь попытки завоза ядерных материалов, таких детекторов требуется очень много — сотни тысяч штук. Именно по этой причине гелий-3 стал фантастически дорог и малодоступен для массовой медицины.

Впрочем, надежды есть. Правда, возлагаются они не на лунный гелий-3 (его добыча остается отдаленной перспективой), а на тритий, образующийся в тяжеловодных реакторах типа CANDU, которые эксплуатируются в Канаде, Аргентине, Румынии, Китае и Южной Корее.

Гелий-3, свойства, получение и применение

Гелий-3, свойства, получение и применение.

Гелий-3, ³He является редким изотопом. Он имеет перспективное применение в будущем в качестве топлива в термоядерных реакторах.

Гелий-3

Свойства гелия-3

Получение гелия-3

Применение гелия-3

Гелий-3 как топливо в термоядерном реакторе

Преимущества гелия-3 как топлива

Гелий-3:

Гелий-3 – более легкий из двух стабильных изотопов гелия. Химическая формула гелия-3 – ³He.

Ядро гелия-3 (гелион) состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от гелия-4 (⁴He), имеющего в составе два протона и два нейтрона.

Последний (⁴He) является более распространенным: на него, собственно, приходятся 99,99986 % гелия на Земле. На гелий-3 (³He) приходится 0,000137(3) % гелия на Земле.

Гелий-3 как частица относится к фермионам, т.к. имеет полуцелый спин.

Гелий-3 в основном содержится в атмосфере Земли, в природном газе (до 0,5%), а также в мантии планеты. Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается порядка в 35 000 тонн.

На Солнце и в атмосферах планет-гигантов гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли.

Свойства гелия-3:

Наименование характеристики:	Значение:
Атомная масса, а. е. м.	3,0160293191(26)
Дефект массы, кэВ	14 931,2148(24)
Удельная энергия связи (на нуклон), кэВ	2 572,681(1)
Изотопная распространённость, %	0,000137(3)
Период полураспада	стабильный
Спин и чётность ядра	1/2+
Момент импульса	1/2
Плотность жидкого 3He при температуре кипения и нормальном давлении (101 325 Па), г/л	59
Плотность газообразного 3He при нормальных условиях (T = 273,15 K = 0 °C, P = 101 325 Па), г/л	0,1346
Температура кипения, К	3,19
Критическая точка, К	3,35
Удельная теплота испарения, Дж/моль	26
Объем одного грамма 3He при нормальных условиях (T = 273,15 K = 0 °C, P = 101 325 Па), литров	7,43
Сверхтекучее состояние	при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм.

Получение гелия-3:

В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников.

Его получают при распаде искусственно созданного трития, бомбардируя нейтронами литий-6 в ядерном реакторе. Таким способом можно можно получать до 18 кг гелия-3 в год.

Ввиду с растущей нехваткой гелия-3 рассматриваются такие экономически нецелесообразные возможности его производства, как получение в водных ядерных реакторах, выделение из продуктов работы тяжеловодных ядерных реакторов, производство трития или гелия-3 на ускорителях частиц, экстракция естественного гелия-3 из природного газа или атмосферы.

Существует также современная идея добычи гелия-3 на Луне, где его находится миллионы тонн в лунном грунте – реголите. Тонна лунного грунта (в тончайшем приповерхностном слое) содержит порядка 0,01 г гелия-3 и 28 г гелия-4.  Данная изотопная распространенность гелия-3 на Луне (~0,043 %) значительно выше, чем в земной атмосфере. В лунном грунте гелий-3 накопился в течение многих лет за счет облучения поверхности Луны солнечным ветром, в котором он содержится.  Для извлечения гелия-3 из лунного грунта последний необходимо нагреть до нескольких сотен градусов Цельсия.

Применение гелия-3:

– для наполнения газовых счетчиков-детекторов нейтронов,

– в научных лабораториях для получения сверхнизких милликельвиновых температур (около 0,02 К) путем растворения жидкого гелия-3 в гелии-4,

– как термоядерное топливо в термоядерном реакторе (в будущем).

Гелий-3 как топливо в термоядерном реакторе:

Гелий-3 является отличным сырьем для протекания реакции термоядерного синтеза, в отличии от реакций ядерного распада. К сожалению, термоядерный реактор на основе гелия-3 является предметом научных разработок и его появление не ожидается в ближайшем будущем.

Ядерная реакция с гелием-3 выглядит следующим образом:

³He + ³He → ⁴He + 2p + 12,8 МэВ,
³He + D → ⁴He + p + 8,35 МэВ,

где D – дейтерий, p – протон.

В результате данной термоядерной реакции образуется стабильный изотоп гелия-4 (⁴He), протон и большое количество энергии. В то время как в ходе ядерной реакции распада образуются нейтроны, которые глубоко проникают в окружающие конструкционные материалы, делают их радиоактивными и разрушают их. В итоге такие материалы необходимо периодически (через несколько лет) захоранивать и заменять новыми. Протоны, которые образуются в результате реакции термоядерного синтеза с участием гелия-3, наоборот, глубоко не проникают в окружающие материалы и не наводят радиоактивность. Поэтому такие материалы и конструкции могут служить десятилетиями.

В целом вышеописанная реакция сопровождается радиацией, но она (реакция) в 50 раз менее радиоактивна, чем термоядерная реакция, например, дейтерия с тритием.

Ядерная реакция дейтерия с тритием описывается следующим образом:

²H + ³H → ⁴He + n + 17,6 МэВ,

где ²H – дейтерий, ³H – тритий, n – нейтрон.

Недостатком реакции дейтерия с тритием является то, что тритий сам по себе сильно радиоактивен. Во-вторых, в ходе такой реакции возникает сильное нейтронное излучение.

Энергетическая эффективность гелия-3 как топлива в термоядерном синтезе весьма огромна. Так, 1 тонна гелия-3 заменяет порядка 15-20 миллионов тонн нефти. Ежегодная потребность России в гелии-3 составляет порядка 20-30 тонн, а всего человечества – 200 тонн.

Преимущества гелия-3 как топлива:

– это экологически чистое термоядерное топливо, сам по себе гелий-3 нерадиоактивен и его хранение не требует особых мер предосторожности,

– высокая энергетическая эффективность,

– вместо нейтронов реактор на гелии-3 излучает протоны, которые в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе,

– кинетическая энергия протонов напрямую преобразуется в электричество за счет твердотельного преобразования,

– реактор на основе гелия-3 имеет более низкие эксплуатационные затраты, чем традиционный,

– при аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

1. 1. Водород
2. 2. Гелий
3. 3. Литий
4. 4. Бериллий
5. 5. Бор
6. 6. Углерод
7. 7. Азот
8. 8. Кислород
9. 9. Фтор
10. 10. Неон
11. 11. Натрий
12. 12. Магний
13. 13. Алюминий
14. 14. Кремний
15. 15. Фосфор
16. 16. Сера
17. 17. Хлор
18. 18. Аргон
19. 19. Калий
20. 20. Кальций
21. 21. Скандий
22. 22. Титан
23. 23. Ванадий
24. 24. Хром
25. 25. Марганец
26. 26. Железо
27. 27. Кобальт
28. 28. Никель
29. 29. Медь
30. 30. Цинк
31. 31. Галлий
32. 32. Германий
33. 33. Мышьяк
34. 34. Селен
35. 35. Бром
36. 36. Криптон
37. 37. Рубидий
38. 38. Стронций
39. 39. Иттрий
40. 40. Цирконий
41. 41. Ниобий
42. 42. Молибден
43. 43. Технеций
44. 44. Рутений
45. 45. Родий
46. 46. Палладий
47. 47. Серебро
48. 48. Кадмий
49. 49. Индий
50. 50. Олово
51. 51. Сурьма
52. 52. Теллур
53. 53. Йод
54. 54. Ксенон
55. 55. Цезий
56. 56. Барий
57. 57. Лантан
58. 58. Церий
59. 59. Празеодим
60. 60. Неодим
61. 61. Прометий
62. 62. Самарий
63. 63. Европий
64. 64. Гадолиний
65. 65. Тербий
66. 66. Диспрозий
67. 67. Гольмий
68. 68. Эрбий
69. 69. Тулий
70. 70. Иттербий
71. 71. Лютеций
72. 72. Гафний
73. 73. Тантал
74. 74. Вольфрам
75. 75. Рений
76. 76. Осмий
77. 77. Иридий
78. 78. Платина
79. 79. Золото
80. 80. Ртуть
81. 81. Таллий
82. 82. Свинец
83. 83. Висмут
84. 84. Полоний
85. 85. Астат
86. 86. Радон
87. 87. Франций
88. 88. Радий
89. 89. Актиний
90. 90. Торий
91. 91. Протактиний
92. 92. Уран
93. 93. Нептуний
94. 94. Плутоний
95. 95. Америций
96. 96. Кюрий
97. 97. Берклий
98. 98. Калифорний
99. 99. Эйнштейний
100. 100. Фермий
101. 101. Менделеевий
102. 102. Нобелий
103. 103. Лоуренсий
104. 104. Резерфордий
105. 105. Дубний
106. 106. Сиборгий
107. 107. Борий
108. 108. Хассий
109. 109. Мейтнерий
110. 110. Дармштадтий
111. 111. Рентгений
112. 112. Коперниций
113. 113. Нихоний
114. 114. Флеровий
115. 115. Московий
116. 116. Ливерморий
117. 117. Теннессин
118. 118. Оганесон

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

реакция дейтерий сверхтекучий жидкий синтез газ гелий 3 на луне википедия на земле образуется на солнце добыча купить
содержание формула изотоп запасы реакции синтеза масса ядра добыча плотность гелия 3 в гелии цена на луне применение

Коэффициент востребованности
2 807

Гелий-3 – Википедия

Гелий-3 ( ³ He) ist neben Гелий-4 eines der beiden stabilen Isotope des Heliums. Sein Atomkern enthält zwei Protonen und ein Neutron.

Hauptanwendungsgebiet von Helium-3 ist die Tieftemperaturforschung: In Mischungskryostaten werden werden durch Nutzung von Helium-3 und Helium-4 Temperaturen von nur wenigen tausendstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt erreicht. Гелий-3 был обнаружен в Neutronendetektoren eine Rolle (siehe Zählrohr).

Гелий-3 ist auf der Erde sehr selten. Die Erdatmosphäre besteht überhaupt zu 5,2 ppm с гелием. Von diesem Helium ist wiederum nur ein kleiner Anteil (0,000138 % массы тела 1,38 частей на миллион) ³ He. ^[4] Das entspricht insgesamt einem Anteil and der gesamten Atmosphäre von 7,2 · 10 ⁻¹² или от 3000 до 4000 т. In natürlichen Heliumquellen kann das Verhältnis von ³ He/ ⁴ He etwas höher oder niedriger als in der Erdatmosphäre sein. Ursache hierfür ist, dass das bei der Erdentstehung eingetragene kosmische Helium ursprünglich 0,01 % (100 ppm) Helium-3 enthielt, später aber ausgaste und durch beim radioaktiven Alphazerfall entstandenes Helium-4 mehr oder weniger verdünnt wurde.

Die Hauptquelle für Helium-3 auf der Erde ist derzeit der Zerfall von Tritium. Tritium lässt sich in Kernreaktoren künstlich herstellen – in Schwerwasserreaktoren sammelt es sich in geringen Mengen im Moderator an. Гелий-3 sammelt sich als Zerfallsprodukt in tritiumhaltigen, geboosteten Kernwaffen und muss aus diesen regelmäßig entfernt werden.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Geschichte und Entdeckung
• 2 Воркоммен
  • 2.1 Häufigkeit im Sonnensystem
• 3 Künstliche Erzeugung, kommerzielle Gewinnung
• 4 Physikalische Eigenschaften
  • 4.1 Siedepunkt und Kritischer Punkt
  • 4.2 Нульпунктэнергия
  • 4.3 Супержидкость
  • 4.4 Поляризация
• 5 Вервендунг
  • 5.1 Криотехник
  • 5.2 Нейтронендетекция
  • 5.3 Поляризатор для нейтронов
  • 5.4 Медицина
  • 5.5 Теоретический айнзатц в термоядерных реакторах
• 6 Литература
• 7 Веб-ссылки
• 8 Айнцельнахвайзе

Гелион, атомное ядро ​​гелия-3-атомов, лучший из протонов и неопределенный гелий мит zwei Neutronen, aus nur einem Neutron. Гелий-3 и тритий были получены в 1934 году австралийским кернфизиком Марком Олифантом из Кембриджского университета в Кавендишской лаборатории. Dabei laufen Kernfusionsreaktionen ab, in denen Helium-3 und Tritium entstehen. ^[5]

Удостоверение Луиса Вальтера Альвареса, 1939 г., во время эксперимента в Циклотроне в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, в лаборатории Штоффе. ^[6]

Von Helium-3 wurde aufgrund theoretischer Überlegungen erwartet, dass es ein Radionuklid sein müsse, bis Alvarez Spuren davon in Proben von natürlichem Helium nachweisen konnte. Da diese Proben geologischen Ursprungs und Jahrmillionen alt waren, musste es Tritium sein, welches sich mit der Halbwertszeit von einigen Jahren in Helium-3 umwandelt, und nicht umgekehrt, wie ursprünglich vermutet. Alvarez konnte auch die Halbwertszeit von Tritium bestimmen. Протий и гелий-3 являются более стабильными нуклеидами, более протонными и нейтронными энтальтами.

Helium-3 ist ein ursprüngliches Nuklid, das über Millionen von Jahren von der Erdkruste in die Atmosphäre und von dort wiederum in den Weltraum flüchtet. Es wird vermutet, dass Helium-3 ein natürliches kosmogenes Nuklid ist, da es entstehen kann, wenn Lithium mit Neutronen bombardiert wird. Letztere werden bei spontaner Spaltung und bei Kernreaktionen mit kosmischer Strahlung freigesetzt. Auch in der Erdatmosphäre bildet sich laufend Tritium durch Reaktionen zwischen Stickstoff und der kosmischen Strahlung, welches im Laufe der Zeit zu Helium-3 zerfällt. Die absoluten Mengen sind allerdings gering; die gesamte Menge an natürlichem Tritium in der Biosphäre wird auf 3,5 kg geschätzt.

Im Erdmantel ist Helium-3 haufiger (typisches Verhältnis Helium-3 zu Helium-4 von 1:10 ⁴ ) als in der Erdkruste und Atmosphäre (typisches Verhältnis 1:10 ⁶ ). Grund ist, dass die Erdkruste Richtung Atmosphäre ausgast, und aus radioaktivem Zerfall nachgebildetes Helium immer Helium-4 ist. In Gebieten mit hoher vulkanischer Aktivität, in denen Mantelplumes aus dem Erdmantel aufsteigen, findet sich daher часто eine höhere Helium-3-Konzentration.

Häufigkeit im Sonnensystem[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Eine gegenüber terrestrischen Quellen etwa tausendfach höhere, damit aber immer noch sehr geringe Konzentration ^{[7] [8]} von Helium-3 wird auf dem Mond vermutet, wo es über Milliarden Sonnden vomden Winder von Jahren Regolith abgelagert und dann mangels vulkanischer und biogener Aktivität weder freigesetzt noch verdünnt wurde. ^[9]

Auf den Gasplaneten findet sich Helium-3 im ursprünglichen kosmischen, entsprechend höheren Verhältnis, zu Helium-4. Man nimmt an, dass dieses Verhältnis ähnlich dem im solaren Nebel ist, aus dem sich später Sonne und Planeten bildeten. Im Vergleich zur Erde ist der Helium-Anteil bei den Gasplaneten sehr hoch, da deren Atmosphäre – anders als die Atmosphäre der Erde – dieses Gas dauerhaft binden kann. Массенспектрометр ermöglichte Galileo-Raumsonde die Messung des Verhältnisses von Helium-3 zu Helium-4 in der Jupiter-Atmosphäre. Das Verhältnis beträgt etwa 1:10 ⁴ , также 100 частей на миллион. ^[10] Es liegt damit ungefähr im Bereich des Verhältnisses im Regolith des Mondes. Indessen ist das Verhältnis in der Erdkruste um den Faktor 10 ² niedriger (d. h. eben zwischen 2 und 20 ppm), was hauptsächlich auf Ausgasung des ursprünglichen Heliums bei gleichzeitigem Eintrag von neuem Uundran Helium-4 durch Alphazerfall deren Tochternuklide zurückzuführen ist.

Ein Teil des Helium-3 und Tritiums in der Erdatmosphäre ist künstlichen Ursprungs. Insbesondere entsteht Tritium als Nebenprodukt bei der Kernspaltung: Manchmal wird bei der Kernspaltung neben den beiden mittelschweren Spaltprodukten ein dritter, leichter Kern emittiert; в 7 % dieser ternären Zerfälle bzw. в 0,1 % der Zerfälle insgesamt ist Tritium eines der Spaltprodukte. ^{[11] [12]} Zudem aktivieren Spaltneutronen einen Teil des im Kühlwasser immer mit enthaltenen Deuteriums zu Tritium. Wird gar schweres Wasser (Deuteriumoxid) als Kühlmittel verwendet, был ден Betrieb des Reaktors mit nicht angereichertem Natururan ermöglicht (z.  B. CANDU-Reaktor), entsteht zusätzlich zu Tritium als Spaltprodukt auch etwa 1 kg Tritium im Kühlwastier thermwasserja pro 5 Gigathermöglicht Лейстунг. ^[13] Zum Teil wird dieses Tritium in einer kommerziellen Anlage aus dem Kühlwasser entfernt, um es zu vermarkten (этва 2,5 кг для Jahr), zum Beispiel für die Verwendung in Leuchtfarben. ^[14]

Tritium zerfällt mit 12,3 Jahren Halbwertszeit zu Helium-3. Wenn verbrauchte Brennelemente nach einer Abklingzeit von ein bis zwei Jahrzehnten in einer Wiederaufbereitungsanlage zerlegt werden, ist ein Großteil des Tritium bereits zu Helium-3 zerfallen. Dieses wird als ungefährliches Gas an die Umwelt abgegeben. Aber auch das Tritium kann in einer WAA nicht vollständig zurückgehalten werden. ^[15] Zusätzlich kommt es zur Tritium-Freisetzung bei Unfällen mit Kernreaktoren und Kernwaffentests. Так в Biosphäre gelangte Tritium zerfällt dort ebenfalls weiter zu Helium-3.

Zudem werden für Kernwaffen beträchtliche Mengen Reinen Tritiums bewusst in Nationalen Kernreaktoren durch die Bestrahlung von Lithium-6 erzeugt. Das Tritium wird zusammen mit Deuterium als Fusionsbooster verwendet, um das Zündverhalten von Nuklearwaffen zu verbessern und deren Energiefreisetzung цу steigern. Das Tritium zu Helium-3 zerfällt, muss es regelmäßig ersetzt werden. Zugleich wird das gebildete Helium-3 entnommen. Aber auch im zentralen Tritium-Vorrat des US-Energieministeriums bildet sich entsprechend Helium-3. ^[16] Das so gewonnene Helium-3 kommt in den Handel, vor allem über Linde Gas. Das Unternehmen betreibt eine Anlage, um auch die letzten Reste von Tritium aus dem Helium-Gas herauszufiltern. ^[17]

Bedingt durch die rückläufige Zahl an aktiven Nuklearwaffen, durch die Reduktion und teilweise komplette Aussetzung der Tritium-Produktion durch das US-Energieministerium und zugleich durch die steigende Zahl an Anwendungen gibt es inzwischen eine Knappheit an Helium-3. Der aktuelle Jahresverbrauch von Helium-3 Liegt Bei ungefähr 60.000 Litern Gas (около 8 кг). ^[17] Цена от 100 долларов США до 2150 долларов США за литр гелия-3-газа. ^[18] Mögliche Optionen für die Zukunft sind neben dem Aufbau einer Tritium-Produktion for zivile Zwecke oder der verstärkten Tritium-Extraktion aus dem Kühlwasser bestehender Reaktoren auch die Helium-3-Abdestillation aus bereits Heliumschemlüscheme ohnehin für Kverhlzwehin. Letzteres muss zwar immer noch mit erheblichem Aufwand von der bereits erreichten Temperatur 4 K weiter auf etwa 1 K gekühlt werden, doch kann im Gegenstromverfahren nach dem Abdestillieren das ablaufende Helium-4 das nachlaufende frische Helium vorkühlen. Sehr teuer wäre es, gezielt nur Helium-3 aus Erdgas zu extrahieren, wenn das Helium-4 nicht genutzt wird. Über einen Helium-3-Abbau auf dem Mond ist nachgedacht worden. ^[19]

Siedepunkt und Kritischer Punkt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufgrund des im Verhältnis großen Massenunterschieds von fast 25 % zeigen Helium-3 und Helium-4 deutlichere Unterschiede in ihren Eigenschaften als die Isotope schwerer Elemente. Таким образом, точка Siedepunkt von Helium-4 bei 4,23 K, der von Helium-3 bei nur noch 3,19 K, entsprechend einem Temperaturverhältnis von 4:3, das fast genau dem Kernmassenverhältnis von 4:3 entspricht. Линейная температура для Gesamtenergie jeweiligen Atoms ist, sind am jeweiligen Siedepunkt von Helium-3 und Helium-4 die Energien for Nukleon fast gleich. Zum Vergleich: Wasserstoff siedet bei 21,15 K, das doppelt so schwere Deuterium hat dennoch nur einen gut 11 % höheren Siedepunkt von 23,57 K. Die Kritische Temperatur, jenseits derer nicht mehr zwischen Flüssigkeit und Helürnterschieden fürden kann, lie -3 при 3,35 К, для гелия-4 при 5,3 К.

Der erhebliche Unterschied in der Siedetemperatur kann verwendet werden, um Гелий-3 aus einem Гелий-3/Гелий-4-Gemisch abzudestillieren: Bei 1,25 K beträgt der Dampfdruck von Helium-3 beispielsweise noch 3,17 kPa, der von Гелий-4 нур ночь 0,115 кПа. ^[20] Bei Temperaturen unter 0,86 K fangen Helium-3 и Helium-4 sogar an, sich spontan zu entmischen. Um auf diesem Weg Helium-3-Konzentrationen kleiner 10 % bzw. Größer 90 % zu erreichen, werden aber sehr tiefe Temperaturen unter 0,3 K beötigt.

Nullpointsenergie[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Weiterhin gehört Helium-4 mit seiner hohen Symmetrie (zwei Protonen, zwei Neutronen, zwei Elektronen) und Gesamtspin 0 zu den Bosonen. Гелий-3 не имеет спина 1/2 и не имеет прямого отношения к фермиону. Aufgrund seiner fermionischen Eigenschaften hat Helium-3 eine wesentlich höhere Nullpunktsenergie als Helium-4: Aufgrund des Pauli-Prinzips müssen sich alle Helium-3-Atome in unterschiedlichen Zuständen befinden, während sich – bei ausreichend tiefen Temperaturen – beliebig-4-Atome Helium gleichzeitig im Grundzustand befinden können. Auch die Nullpunktsenergie des Grundzustands Liegt Aufgrund der geringeren Masse höher. In der Folge schwingen Helium-3-Atome stärker, so dass sie im flussigen Zustand weniger dicht gepackt sind als bei Helium-4: Flüssiges Helium-3 hat am Siedepunkt (3,19K, 1 бар (Druck) eine Dichte von 59 г/л, Flussiges Helium-4 trotz der höheren Temperatur (4,23 K) mehr als das Doppelte mit 125 г/л. Die zur Verdampfung nötige Enthalpie beträgt mit 0,026 кДж/моль Weniger als ein Drittel der von Helium-4 mit 0,0829 кДж/моль. ^[21]

Suprafluidität[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Während Helium-4 schon bei 2,17 K наджидкостный wird, tritt dies bei Helium-3 erst bei 2491 mK auf. Die gängigen Theorien der Suprafluidität von Helium-3 besagen, dass sich dort je zwei Helium-3-Atome zu einem Cooper-Paar zusammenfinden und daurch ein Boson bilden. Einen ähnlichen Effekt gibt es auch bei elektrischen Supraleitern, wo sich gemäß der BCS-Theorie je zwei fermionische Elektronen zu einem Cooper-Paar zusammenfinden. Bei Helium-4 ist dieser Zwischenschritt nicht notig, es wird direct superfluid.

Aufgrund der sehr tiefen Temperaturen, bei denen Suprafluidität bei Helium-3 auftritt, wurde diese erst vergleichsweise spät entdeckt. В 1970-х годах Джарен работал с Дэвидом Моррисом Ли, Дугласом Дин Ошерофф и Робертом Коулманом Ричардсоном, когда Фасенуберганге entlang der Schmelzkurve, был лысым, как и zwei suprafluide Phasen des Helium-3 gedeutet wurden. ^{[22] [23]} Der Übergang zu einem Suprafluid tritt bei 2491 mK auf der Schmelzkurve auf. Für diese Entdeckung wurden sie 1996 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

2003 gewann Anthony James Leggett ebenfalls den Physik-Nobelpreis für das bessere Verständnis der suprafluiden Phasen von Helium-3. ^[24] In einem Magnetfeld-freien Raum gibt es zwei unabhängige suprafluide Phasen von Helium-3, nämlich die A-Phase und die B-Phase. Die B-Phase представляет собой Niedertemperatur- und Niederdruck-Phase, которая является изотропной энергетической шапкой. Die A-Phase ist die Hochdruck- und Hochtemperatur-Phase, welche sich überdies von einem magnetischen Feld stabilisieren lässt und zwei Knotenpunkte in ihrer Energielücke hat.

Die Anwesenheit von zwei Phasen ist ein klares Anzeichen dafür, dass ³ He eine ungewöhnliche Supraflüssigkeit (bzw. Supraleiter) ist, da für die beiden Phasen eine weitere Symmetrie, außertanbroschen der Eichsymmetrige, benwirdspontögetgetrie. In der Tat ist es eine p -Wellen-Supraflüssigkeit, mit Spin eins (S=1{\displaystyle S=1}) и Drehimpuls eins (L=1{\displaystyle L=1}). Der Grundzustand entspricht dann einem vektoriel addierten Gesamtdrehimpuls J→=L→+S→=0{\displaystyle {\vec {J}}={\vec{L}}+{\vec{S}}=0}. Angeregte Zustände haben einen Gesamtdrehimpuls J> 0 {\ displaystyle J> 0}, был angeregten kollektiven Paarmoden entspricht. Wegen der Extremen Reinheit der Supraflussigkeit ³ Он включает в себя коллективные работы Moden dort mit höherer Genauigkeit untersucht werden als in jedem anderen ungewöhnlichen Paarbildungssystem. Die große Reinheit wird erreicht, da alle Materialien außer ⁴ He bei den tiefen Temperaturen längst gefroren und zum Boden gesunken sind, und jegliches ⁴ He sich entmischt und in einer getrennten Phase vorliegt. Letztere enthält zwar noch 6,5 % an ³ He, die sich auch am absoluten Nullpunkt nicht entmischen würden, die aber hier nicht stören, da das in ⁴ He gelöste Rest- ³ He nicht suprafluid wird.

Поляризация[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Aufgrund des Spins ½ trägt das ³ He-Atom ein magnetisches Moment. Im Magnetfeld stellen sich mehr dieser Momente parallel zum Magnetfeld als antiparallel dazu, dieser Effekt wird Spinpolarization genannt. ³ He-Gas wird unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds также selber leicht magnetisch. Bei Raumtemperatur ist aber der zahlenmäßige Unterschied zwischen den parallel und antiparallel ausgerichteten Magneten klein, da die durchschnittliche Energie pro Atom bei dieser Temperatur viel höher Liegt als die Energieaufspaltung im Magnetfeld, dem hohen gyromagnetischen Verhältnis Troops Helium. Mit der Technik der Hyperpolarization gelingt es aber, Polarisationgrade von bis zu 70 % zu erreichen. Aufgrund der geringen Wechselwirkung der Kernspins mit der Umgebung lässt sich einmal erzeugtes hyperpolarisiertes Helium-3 für bis zu 100 Stunden in Drucktanks aufbewahren.

Криотехник[Медвежий | Quelltext Bearbeiten]

Das wichtigste Anwendungsgebiet von Helium-3 ist die Kryotechnik. Eine Helium-3-Absorbskältemaschine arbeitet mit reinem ³ He und erreicht damit Temperaturen bis hinab zu 0,2 bis 0,3 K. Die ³ He- ⁴ He-Mischungskühlung nutzt die von 0900 Entmischung 5 09000 Entmischung und ⁴ He zur Kühlung bis hinab zu wenigen tausendstel Kelvin: ^[25] In der schwereren ⁴ He-reichen Phase löst sich jedoch noch etwas ³ He. Wenn man ³ He aus der gemischten Phase abdestilliert, verringert sich der ³ He-Anteil in der ⁴ He-Phase, und ³ He strömt aus der reinen 6-4P09000 He

5 3

He-reiche Phase nach. Beim Lösen des ³ He in der ⁴ He-Phase wird Wärmeenergie verbbraucht, und die Temperaturen погружение.

Neben der Nutzung als Kältemittel ist ³ Он сам интенсивный Forschungsgegenstand der Tieftemperaturphysik.

Neutronendetektion[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Helium-3 wird zur Neutronendetektion in Zählrohren verwendet, Denn es Hat für thermische Neutronen einen großen Wirkungsquerschnitt für die Kernreaktion

n + ³ He → ³ H + ¹ H + 0,764 МэВ,

die die die geladen Rückstoßkerne Tritium (T,

5 30005 1

Н) erzeugt.

Поляризатор для нейтронов[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Da die Absorbment von Neutronen durch Helium-3 stark spin-abhängigist, kann das zuvor erwähnte hyperpolarisierte Helium-3 verwendet werden, um spinpolarisierte thermische Neutronenenstrahlung zu erzeugen. Die Neutronen mit dem für die Absorbment passenden Spin werden dabei vom Helium-3 abgefangen, die mit dem unpassenden Spin handlegen nicht. ^{[26] [27] [28] [29]}

Medizin[Bearbeiten | Quelltext Bearbeiten]

Hyperpolarisiertes Helium-3 eignet sich sehr gut für MRT-Untersuchungen. Damit lässt sich beispielsweise das Ein- und Ausströmen von Gas in die Lunge beobachten. Normalerweise ist das – im Vergleich zum Körpergewebe tausendfach dünnere – Газ в MRT-Aufnahmen nicht zu sehen, aber durch die Hyperpolarization wird das Signal entsprechend verstärkt. Dadurch können die Luftwege im MRT dargestellt, nicht ventilierte Teile der Lunge gefunden oder der Sauerstoff-Partialdruck gemessen werden. Diese Methode kann für Diagnose und Behandlungssteuerung bei chronischen Krankheiten wie chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) genutzt werden. ^[30]

Теоретический айнзатц в термоядерных реакторах[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es wurde vorgeschlagen, ³ He als Treibstoff in einer hypothetischen zweiten oder dritten Generation von Fusionsreaktoren zu verwenden. Solche Fusionsreaktoren Hätten große Vorteile hinsichtlich der Verminderung von Radioaktivität. Ein weiterer Möglicher Vorteil wäre, dass die dietierten Protonen, die den Energiegewinn der Helium-3-Fusionsreaktion tragen, durch Elektrische und Magneticsche Felder eingefangen und ihre Energie direct in Strom gewandelt werden könnte. ^[31]

Гелий-3 ведет энергетическую реакцию с дейтерием или гелием – wenngleich technisch noch schwieriger zu realisieren – mit sich sebst (дейтерий/гелий-3 и гелий-3/гелий-3). Beide Reaktionen sind durch Beschleunigerexperimente gut bekannt. Die Realisierbarkeit als Energiequelle liegt aber mindestens noch sehr viele Jahrzehnte in der Zukunft. ^[32]

Die Helium-3-Mengen, die benötigt würden, um ископаемый Treibstoffe zu ersetzen, liegen mehr als vier Größenordnungen über der derzeitigen Weltproduktion. Die bei der ² H- ³ He-Fusion freigesetzte Gesamtenergie beträgt 18,4 МэВ. Das entspricht 493 МВтч за моль (энцприхт 3 г) ³ He. Könnte man diese Energie vollständig in elektrischen Strom umwandeln, benötigt man für den derzeitigen Weltenergiebedarf an elektrischem Strom allein 145 t ³ He pro Jahr. Dem steht eine Produktion 8 kg pro Jahr gegenüber.

• Д. М. Смит, Т. В. Гудвин, Дж. А. Шиллер: Проблемы мировых поставок гелия в следующем десятилетии . В: Материалы конференции AIP . Группа 710, №. 1, 2004 г., ISSN 0094-243X, S. 119–138, doi: 10.1063/1.1774674.
• L. J. Wittenberg: Non-Lunar ³ He Resources (PDF) июль 1994 г. Abgerufen am 1 июля 2008 г.
• Харрисон Шмитт: Возвращение на Луну. Springer Science & Business Media, 2007 г., ISBN 978-0-387-31064-0 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

• Нобелевская премия по физике 2003 г., презентация
• Луна для продажи: документальный фильм BBC Horizon о возможности лунной добычи гелия-3

1. ↑ ^{A B C D} DateNblatt Helium- ³ HE, 99,999 ATM%, 99,99%, ³ HE, 99,999 ATM%, 99,95%, ³ , 99,999 ATM%, 99,95%, ³ HE, 99,999 ATM%, 99,99%. (CP) bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 22 марта 2014 г. (PDF).
2. ↑ Г. Ауди, А. Х. Вапстра, К. Тибо: Оценка атомной массы AME 2003. (II). Таблицы, графики и ссылки. В: Nuclear Physics A. Band 729, 2003, S. 337–676, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.002.
3. ↑ Юнхуа Хуан, Г.Б. Чен, В. Арп, Рэй Радебо: Уравнение состояния и теплофизические свойства гелия-3. В: Труды ICEC. Band CR06-379, 2007 г., S 1–6 (PDF; 5 МБ).
4. ↑ данные о нуклидах с atom.kaeri.re.kr (Memento vom 7. Juli 2013 im Webarchiv archive.today )
5. ↑ M. L. E. Oliphant, Harteck, P.; Резерфорд, Э.: Эффекты трансмутации, наблюдаемые с тяжелым водородом . В: Proceedings of the Royal Society A . 144, №. 853, 1934, с. 692–703. бибкод: 1934RSPSA.144..692O. doi: 10.1098/rspa.1934.0077.
6. ↑ Лоуренс и его лаборатория: Эпизод: производственная ошибка . Издание журнала. 1981. Абгеруфен, 1 сентября 2009 г.
7. ↑ Е. Н. Слюта: Оценка вероятных запасов гелия-3 в лунном реголите . 38-я Лунная и планетарная научная конференция. С. 2175 (usra.edu [PDF]). Fehler bei Vorlage * Имя параметра не указано (Vorlage:Cite Conference): ‘date; соавторы
8. ↑ F. H. Cocks: ³ He на постоянно затененных лунных полярных поверхностях . В: Икар . 206, №. 2, 2010. С. 778–779. bibcode:2010Icar..206..778C. doi:10.1016/j.icarus.2009.12.032.
9. ↑ Fa WenZhe & Jin YaQiu: Глобальный запас гелия-3 в лунных реголитах, оцененный многоканальным микроволновым радиометром на лунном спутнике Chang-E 1 , декабрь 2010 г.
10. ↑ Х. Б. Ниманн, С. К. Атрея, Г. Р. Кариньян, Т. М. Донахью, Дж. А. Хаберман, Д. Н. Харпольд, Р. Э. Хартл, Д. М. Хантен, В. Т. Каспрзак, П. Р. Махаффи, Т. К. Оуэн, Н. В. Спенсер, С. Х. Уэй: Масс-спектрометр зонда «Галилео»: состав атмосферы Юпитера. В: Наука. Band 272, номер 5263, май 1996 г. , ISSN 0036-8075, S. 846–849, doi: 10.1126/science.272.5263.846, PMID 8629016.
11. ↑ Marcus Wöstheinrich: Emission von Ternären teilchen aus den Reaktionen ²²⁹ TH (N _TH , F), ²³³ U (N _TH , F) UND ²³⁹ 6 (N _TH , F) UND ²³⁹ 6. ) . Тюбинген, 1999 г., DNB 963242830, S. 9, urn:nbn:de:bsz:21-opus-349(Диссертация, Тюбингенский университет).
12. ↑ О. Серо, К. Вагеманс, Дж. Хейс: Новые результаты по производству газообразного гелия и трития в результате тройного деления. In: Международная конференция по ядерным данным для науки и техники. Материалы конференции AIP. 2005, 769, с. 857–860, doi:10.1063/1.1945141.
13. ↑ А. Файдж: Тритий . Bericht KfK-5055, Kernforschungszentrum Karlsruhe, 1992. ISSN 0303-4003.
14. ↑ Whitlock, Jeremy: Раздел D: Безопасность и ответственность — Как Ontario Power Generation управляет производством трития в своих модераторах CANDU? Canadian Nuclear FAQ, абгеруфен, 19 сентября 2010 г. (на английском языке).
15. ↑ Тритий и окружающая среда, абгеруфен, 10 утра. Октябрь 2014 г.
16. ↑ Хишам Зерриффи: Тритий: экологические, медицинские, бюджетные и стратегические последствия решения Министерства энергетики производить тритий . Hrsg.: Институт энергетических и экологических исследований. Январь 1996 г. (PDF).
17. ↑ ^{a b} Дана А. Ши, Дэниел Морган: Нехватка гелия-3: предложение, спрос и варианты для Конгресса . Исследовательская служба Конгресса, от 22 декабря 2010 г., до 11 марта 2017 г. (PDF).
18. ↑ Проекты по физике Дефляция из-за нехватки гелия-3. Spectrum.ieee.org. Абгеруфен, 8 ноября 2011 г.
19. ↑ Обзор технологий: Energie vom Mond vom 31 августа 2007 г., abgerufen am 15 июля 2015 г.
20. ↑ Kohlrausch Praktische Physik, Tabellen und Diagramme zu Kapital 3, Seiten 342 und 343 (Memento vom 24. Oktober 2014 im Internet Archive )
21. ↑ Резюме Teragon о криогенных свойствах Teragon Research, 2005.
22. ↑ Д. Д. Ошерофф, Ричардсон, Р. К.; Lee, DM: Доказательства новой фазы твердого He ³ . В: Physical Review Letters . 28, №. 14, 1972, с. 885–888. бибкод: 1972PhRvL..28..885O. doi: 10.1103/PhysRevLett.28.885.
23. ↑ Д. Д. Ошерофф, Галли, В. Дж.; Ричардсон, RC; Lee, DM: Новые магнитные явления в жидком He ³ ниже 3 мК . В: Physical Review Letters . 29, №. 14, 1972, с. 920–923. код:1972ФРвЛ..29..920О. doi: 10.1103/PhysRevLett.29.920.
24. ↑ AJ Leggett: Интерпретация недавних результатов по He ³ ниже 3 мК: новая жидкая фаза? . В: Physical Review Letters . 29, №. 18, 1972, с. 1227–1230. бибкод: 1972PhRvL..29.1227L. doi: 10.1103/PhysRevLett.29.1227.
25. ↑ Dilution Refrigeration (Memento vom 8. Februar 2010 im Internet Archive ). cern.ch
26. ↑ NCNR Нейтронные спиновые фильтры . Ncnr.nist.gov (28 апреля 2004 г. ). Абгеруфен, 8 ноября 2011 г.
27. ↑ Спиновые фильтры ILL 3He. Ill.eu (22 октября 2010 г.). Абгеруфен, 8 ноября 2011 г.
28. ↑ Анализ поляризации МУРН с ядерным спин-поляризованным 3Не . В: J. Appl. Кристалл. . 33, 2000, с. 771–774. дои: 10.1107/S0021889800099817.
29. ↑ Нейтронные спиновые фильтры: поляризованный 3He. NIST.gov
30. ↑ Т. А. Альтес, М. Салерно: МРТ легких с гиперполяризованным газом . В: Журнал торакальной визуализации . Группа 19, №. 4, 2004, с. 250–258, ПМИД 15502612.
31. ↑ John Santarius: Lunar ³ He и Fusion Power (PDF) 28 сентября 2004 г. Абгеруфен, 9 июня 2014 г.
32. ↑ Марк Уильямс: Добыча полезных ископаемых на Луне: Лабораторные эксперименты предполагают, что будущие термоядерные реакторы могут использовать гелий-3, собранный с Луны . В: MIT Technology Review . 23 августа 2007 г. Абгеруфен, 9 июня 2014 г.

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4159517-8 (OGND, AKS)

Helium – Знакомство с People’s Network

• «Наши устройства контролируют потребление воды и помогают обнаруживать утечки. Для нас Helium важен, потому что стоимость и барьеры для установки шлюза для каждого отдельного развертывания сделают эти развертывания намного более сложными».

  Чарльз Файал, соучредитель

• «Helium и команда Nova Labs всегда рядом с нами, и мы с нетерпением ждем нового поколения технологий, чтобы увидеть, как мы можем помочь нашей клиентской базе и расширить нашу бизнес.»

  Джордж Ньюман, основатель и генеральный директор

• «M3 полагается на Helium, чтобы обеспечить основу для цифровых услуг нашего бизнеса, как внутренних, так и внешних для нужд наших клиентов».

  Натан Мозес-Гонсалес, генеральный директор

• «Меньший размер, длительное время автономной работы и покрытие, приближающееся к сотовому в некоторых регионах, делают устройства на основе гелия потенциальным прорывом для таких решений, как отслеживание близких, посылок и даже домашних животных.

  ».

  Майкл Мэтьюз, соучредитель и президент

• «Сеть Helium обеспечивает нам недорогую сеть и уверенность в подключении, и мы используем сеть в различных университетских городках, приложениях для умных городов и решениях для рабочих мест».

  Хасан Басри Тосун, соучредитель и генеральный директор

• «Благодаря сети Helium мы можем предложить годы автономной работы. Это очень важно для нашего бизнеса, поскольку мы предоставляем съемочные терминалы, которые можно разместить в любом месте, даже если поблизости нет розетки».

  Жером Шамбар, генеральный директор

• «Расширенное покрытие Helium Network снижает входные барьеры для развертывания и развертывания IoT, помогая нашим клиентам в более чем 70 странах быстрее запускать свои решения».

  Рейнхард Бишофф, генеральный директор

• С помощью Helium мы можем легко развернуть сеть шлюзов, чтобы обеспечить покрытие вокруг ранчо или интересующей территории, вместо того, чтобы месяцами или годами ждать, пока будет построена вышка сотовой связи, что в конечном итоге может никогда не произойти.

  ».

  Томас Реммерт, соучредитель и технический директор

• «Communityfi.io выбрала Helium, потому что это единственная сеть, которая позволяет нам выполнять нашу миссию: улучшать критически важные общественные услуги, такие как фермы и продовольственные склады, с помощью таких технологий, как мониторинг холодильного оборудования и отслеживание транспортных средств. . Благодаря Helium мы можем оказывать положительное влияние на мир и делать это, не отнимая ресурсы у нуждающихся».

  Юджин МакГрат, соучредитель

• «Благодаря глобальному охвату Helium мы смогли разработать приложение для отслеживания активов, которое работает со всеми существующими GPS-трекерами LoRaWAN. Это позволило нам ежедневно расширять наш бизнес, задействовав некоторые крупные бренды».

  Нил Скоглунд, генеральный директор

• «Мы начали наш проект Helium в сентябре 2021 года, и у нас большие планы на сеть. Наша главная цель — развернуть 10 000 точек доступа».

  

  Фабрицио Амодио, генеральный директор

• «Предыдущие решения плохо масштабировались, поэтому мы начали тестировать сеть Helium в третьем квартале 2021 года, обнаружили, что охват огромен, и начали развертывание производственных устройств в первом квартале 2022 года».

  Виктор Канчев, генеральный директор

• «CHOOVIO использует Helium Network как новый метод развертывания, обслуживания и использования физической беспроводной инфраструктуры. Наши решения + Helium предоставляют все необходимое для создания полной сквозной сети IoT».

  Фархад Арвин, основатель

• «Мы собираемся запустить нашу первую полноценную пилотную программу, в которой мы будем использовать сеть Helium для мониторинга оборудования, а также для мониторинга и отслеживания посылок, дронов, робототехники и даже потерянные домашние животные».

  Лора О’Тул, вице-президент по развитию бизнеса

• «Когда клиент устанавливает одно из наших устройств с поддержкой Helium, устройство будет передавать данные по сети Helium, подключаясь к ближайшей точке доступа Helium, используя преимущества сети.

  массовый охват».

  Рэй Каккавале, менеджер в США

• «С лета 2021 года мы работаем над тем, чтобы вывести Helium на рынок Интернета вещей в Латинской Америке. В настоящее время мы разрабатываем сельскохозяйственный проект с использованием гелия, целью которого является снижение затрат и повышение операционной эффективности».

  Габриэль Маркес, соучредитель

• «Мы разрабатываем и производим наши собственные гелий-совместимые IoT-устройства для африканского рынка, включая устройство отслеживания движения животных, которое используется для отправки заблаговременных предупреждений через сеть Helium о возможной краже животных. или нападения диких животных».

  Питер де Вет, управляющий активами предприятия

• «Наши устройства контролируют потребление воды и помогают обнаруживать утечки. Для нас Helium важен, потому что стоимость и барьеры для установки шлюза для каждого отдельного развертывания сделают эти развертывания намного более сложными».

  

  Чарльз Файал, соучредитель

• «Helium и команда Nova Labs всегда рядом с нами, и мы с нетерпением ждем нового поколения технологий, чтобы увидеть, как мы можем помочь нашей клиентской базе и расширить нашу бизнес.»

  Джордж Ньюман, основатель и генеральный директор

Последние новости

Новый способ майнинга криптовалют

Развернув простое устройство дома или в офисе, вы можете обеспечить свой город многокилометровым сетевым покрытием с низким энергопотреблением на миллиарды долларов. устройств и заработайте новую криптовалюту HNT.

Узнать больше

ПРОЩАЙ МАЙНИНГ НА GPU

Майнинг HNT с точками доступа осуществляется с помощью радиотехнологий, а не дорогих или расточительных графических процессоров.

Создание сетей

Точки доступа

работают вместе, чтобы сформировать новую глобальную беспроводную сеть и провести «доказательство покрытия».

Выберите свое оборудование

Точки доступа создаются различными поставщиками в соответствии с вашими потребностями.

Массивное децентрализованное подключение

Сотни компаний и тысячи разработчиков уже строят The People’s Network, крупнейшую в мире и быстрорастущую сеть LoRaWAN.

Тысячи существующих решений, датчиков, устройств и шлюзов можно легко настроить для запуска LongFi — мощного сочетания технологий LoRaWAN и блокчейна.

Используйте NetworkBuild с консолью Helium

ОТКРЫТАЯ АЛЬТЕРНАТИВА

Народная сеть построена на технологии с открытым исходным кодом и управляется открытым альянсом.

МАСШТАБИРУЕМОСТЬ И ДОСТУПНОСТЬ

Попрощайтесь с дорогостоящими сотовыми контрактами. На гелии датчик может стоить несколько центов в год.

СОВМЕСТИМОСТЬ С LORAWAN

Используйте тысячи существующих датчиков, наборов микросхем и микроконтроллеров для оптимизации разработки.

Начните работу с консолью Helium

уже сегодня

Подробнее о консоли и о том, как начать работу, читайте здесь.

Helium используется:

Народная сеть стала возможной благодаря сложным технологиям с открытым исходным кодом, целью которых является создание действительно децентрализованной и не требующей доверия модели построения беспроводной инфраструктуры.

Токены и кредиты данных

В сети используются две единицы обмена: HNT, новая криптовалюта, и кредиты данных.

Proof-of-Coverage

Наш новый алгоритм проверки работоспособности позволяет безнаказанно вознаграждать точки доступа.

Helium LongFi

LongFi сочетает в себе маломощный беспроводной протокол LoRaWAN большой дальности с блокчейном Helium.

Learn

HomeChapter 2EcosystemSolutionsConsoleBrand GuidelinesBlogWhitepaper

Get Involved

MineStakeUseRoamSwitch from 3GHNT and Data CreditsDevelopersCellular SummerHelium House

Social

DiscordTwitterFacebookLinkedInGithubTelegramYouTubeRedditInstagram

Get in Touch

[email protected][email protected]

гелий-3