| 词条 | 氦-3 |
| 释义 | § 基本资料 氦-3 分子量 3.01603 标准体积 6.032 m3/kg @NTP 沸点 -452°F(-270°C) @1 atm 危险 不燃烧气体 气瓶材质 铁合金，铝 DOT 标签 Green, Nonflammable Gas 安全资料 无毒，会导致窒息。 DOT 危险等级 § 发现 1996年戴维·李（David M. Lee, 1931~）、道格拉斯·奥谢罗夫（Douglas D. Osheroff, 1945~）和罗伯特·理查森（Richard C. Richardson, 1937~）因发现了氦3（3He）中的超流动性，共同分享了1996年度的诺贝尔物理学奖。 § 具体介绍 氦-3 在自然界，存在着3He和4He两种同位素。4He的原子核有两个质子和两个中子，称为玻色子；而3He只有一个中子，称为费米子。20年代30年代末期，卡皮查发现4He的超流动性。朗道从理论上解释了这种现象，他认为当温度在绝对温度2.17K时，4He原子发生玻色爱因斯坦凝聚，成为超流体，而像3He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚，所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论（BCS理论）的提出使得人们认为在极低温度下3He也可能会形成超流体。但是人们一直未能在实验上发现3He的超流动性。20世纪70年代，戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了3He的超流动性，不久，其它的研究小组也证实了他们的发现。 3He超流体的发现在天体物理学上有着奇特的应用。人们使用相变产生的3He超流体来验证关于在宇宙中如何形成所谓宇宙弦的理论。研究小组用中微子引起的核反应局部快速加热超流体3He，当它们重新冷却后，会形成一些涡旋球。这些涡旋球就相当于宇宙弦。这个结果虽然不能作为宇宙弦存在的证据，但是可以认为是对3He流体涡旋形成的理论的验证。3He超流体的发现不仅对凝聚态物理的研究起了推动作用，而且在此发现过程中所使用的核磁共振的方法，开创了用核磁共振技术进行断层检验的先河，核磁共振断层检验已发展成为医疗诊断的普遍手段。 § 应用前景 氦-3的巨大应用前景以及登月计划 月球是解决地球能源危机的理想之地，“氦-3”是一种、已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统计表明，10吨氦-3就能满足中国全国一年所有的能源需求，100吨氦-3便能提供全世界使用一年的能源总量。但氦-3在地球上的蕴藏量很少，人类已知的容易取用的氦-3全球仅有500千克左右。而根据人类已得出的初步探测结果表明，月球地壳的浅层内竟含有上百万吨氦-3。如此丰富的核燃料，足够地球人使用上万年。中国探月工程的一项重要计划，就是对月球氦-3含量和分布进行一次由空间到实地的详细勘察，为人类未来利用月球核能奠定坚实的基础 。[1] 中国的探月计划中，有一件事情是外国从未涉足的：中国计划测量月球的土壤层到底有多厚，这对于我们计算月球氦-3含量意义重大，如果工程顺利，估算氦-3的资源含量可能要比前人前进一步。 § 未来新能源 ① 氦-3是一种清洁、安全和高效率的核融合发电燃料。开发利用月球土壤中的氦-3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。 ② 氦-3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。它有许多特殊的性质。根据稀释制冷理论，当氦-3和氦-4以一定的比例相混合后，温度可以降低到无限接近绝对零度。在温度达到2.18k以下的时候，液体状态的氦-3还会出现“超流”现象，即没有粘滞性，它甚至可以从盛放的杯子中“爬”出去。然而，当前氦-3最被人重视的特性还是它作为能源的潜力。氦-3可以和氢的同位素发生核聚变反应，但是与一般的核聚变反应不同，氦-3在聚变过程中不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，既环保又安全，但是地球上氦-3的储量总共不超过几百公斤，难以满足人类的需要。科学家发现，虽然地球上氦-3的储量非常少，但是在月球上，它的储量却是非常可观的。 ③ 氦大部分集中在颗粒小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。估计整个月球可提供71.5万吨氦-3。这些氦-3所能产生的电能，相当于1985年美国发电量的4万倍，考虑到月壤的开采、排气、同位素分离和运回地球的成本，氦-3的能源偿还比估计可达250。这个偿还比和铀235生产核燃料（偿还比约20）及地球上煤矿开采（偿还比约16）相比，是相当有利的。此外，从月壤中提取1吨氦-3，还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳。这些副产品对维持月球永久基地来说，也是必要的。俄罗斯科学家加利莫夫认为，每年人类只需发射2到3艘载重100吨的宇宙飞船，从月球上运回的氦-3即可供全人类作为替代能源使用1年，而它的运输费用只相当于目前核能发电的几十分之一。据加利莫夫介绍，如果人类目前就开始着手实施从月球开采氦-3的计划，大约30年到40年后，人类将实现月球氦-3的实地开采并将其运回地面，该计划总似的费用将在2500亿到3000亿美元之间。[2] |
| 随便看 |
百科全书收录594082条中文百科知识，基本涵盖了大多数领域的百科知识，是一部内容开放、自由的电子版百科全书。