Helium-3, ominaisuudet, tuotanto ja käyttö
Helium-3, ominaisuudet, tuotanto ja käyttö.
Helium-3, 3Hän on harvinainen isotooppi. Hänellä on tulevaisuudessa lupaava sovellus polttoaineena fuusioreaktoreissa.
Helium-3 polttoaineena fuusioreaktorissa.
Helium-3: n edut polttoaineena
Helium-3:
Helium-3 on kevyempi kahdesta stabiilista heliumin isotoopista. Helium-3: n kemiallinen kaava - 3Hän.
Helium-3: n ydin (Helion) koostuu kahdesta protonista ja yhdestä neutronista, toisin kuin helium-4 (4Hän), joka koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista.
Viimeinen (4Hän) on yleisempää: se on, itse asiassa, omistaa 99,99986 % heliumia maapallolla. Helium-3: lle (3Hän) omistaa 0,000137(3) % heliumia maapallolla.
Helium-3 hiukkasena viittaa fermioneihin, koska sillä on puoli-integraalinen spin.
Helium-3 löytyy pääasiassa maapallon ilmakehästä, maakaasu (0.5%) ja vaipassa. Helium-3: n kokonaismäärä maapallon ilmakehässä on arvioitu noin 35,000 tonnia.
Päällä aurinko ja valtavien planeettojen helium-3-ilmakehät ovat paljon suuremmat kuin maapallon ilmakehässä.
Helium-3: n ominaisuudet:
| Nimiominaisuudet: | Arvo: |
| Atomimassa ja. E. M. | 3,0160293191(26) |
| Massavirhe, Kev | 14 931,2148(24) |
| Erityinen sitoutumisenergia (per nukleoni), Kev | 2 572,681(1) |
| Isotooppien esiintyvyys, % | 0,000137(3) |
| Puolikas elämä | vakaa |
| Pyöri ja ytimen pariteetti | 1/2+ |
| Kulmamomentti | 1/2 |
| Nesteen 3He tiheys kiehumislämpötilassa ja normaalipaineessa (101 325 PA), g / l | 59 |
| 3He-kaasun tiheys normaaleissa olosuhteissa (T = 273,15 K = 0 ° C, P = 101 325 PA), g / l | 0,1346 |
| Kiehumispiste, Vastaanottaja | 3,19 |
| Kriittinen kohta | 3,35 |
| Piilevä höyrystymislämpö, j / mol | 26 |
| Yhden gramman 3He: n tilavuus normaaleissa olosuhteissa (T = 273,15 K = 0 ° C, P = 101 325 PA), litraa | Of 7.43 |
| Ylimääräinen tila | lämpötilassa alle 2.6 mikronia ja paineessa 34 Pankkiautomaatti. |
Helium-3: n saaminen:
Tällä hetkellä, helium-3 uutettu luonnollisista lähteistä.
Sitä tuotetaan keinotekoisesti tuotetun tritiumin hajoamisessa pommittamalla litium-6-neutroneja ydinreaktorissa. Näin voit nousta 18 kg helium-3 vuodessa.
Helium-3: n kasvavan puutteen vuoksi tuotanto on taloudellisesti kannattavaa, kuin saada vettä sisään ydin reaktorit, raskasveden ydinreaktorien tuotteiden erottaminen, tritiumin ja helium-3: n tuotanto hiukkaskiihdyttimissä, luonnon helium-3: n uuttaminen maakaasu tai ilmapiiri.
On myös nykyaikainen ajatus helium-3: n louhimisesta kuu, missä se on miljoonia tonnia kuun maaperässä - regoliittia. Tonnia kuun maaperää (ohuimmassa pintakerroksessa) sisältää noin 0.01 g helium-3: ta ja 28 g helium-4: ää. Helium-3-isotoopin esiintyvyys kuussa (~ 0,043 %) oli huomattavasti korkeampi kuin maapallolla ilmapiiri. Kuumaperässä helium-3 on kertynyt monien vuosien ajan kuun pinnan säteilyttämällä aurinko- tuuli, johon se sisältyy. Helium-3: n uuttamiseksi kuun maaperästä kuumennettavaksi useisiin satoihin celsiusasteisiin.
Helium-3: n käyttö:
- täyttöä varten kaasu neutronien ilmaisimet
- tieteellisissä laboratorioissa tuottamaan erittäin alhaisia millikelviinilämpötiloja (noin 0.02 K) liuottamalla nestemäinen helium-3 helium-4: een,
- fuusiona polttoainetta fuusioreaktorissa (tulevaisuudessa).
Helium-3 polttoaineena fuusioreaktorissa:
Helium-3 on erinomainen raaka-aine lämpöydinfuusion reaktiossa, toisin kuin ydinfissioreaktiot. valitettavasti, lämpöydin reaktori helium-3: een perustuva tieteellinen kehitys on aiheena, eikä sen esiintymistä ole odotettavissa lähitulevaisuudessa.
Ydinreaktio helium-3: n kanssa on seuraava:
3Hän + 3Hän → 4He + 2s + 12,8 MeV,
3Hän + D → 4He + s + / 8.35 MeV
missä D on deuterium, p - protoni.
Tämän fuusioreaktion seurauksena syntyy stabiili helium-4-isotooppi (4Hän), protoni ja suuri määrä energiaa. Vaikka ydinreaktion aikana hajoaminen tuottaa neutroneja, jotka tunkeutuvat syvälle ympäröiviin rakennemateriaaleihin, tehdä niistä radioaktiivisia ja tuhota ne. Tuloksena, näiden materiaalien on oltava säännöllisesti (muutama vuosi) haudata ja korvata uudella. Protonit, jotka ovat seurausta helium-3: n sisältävän ydinfuusion tuloksesta, päinvastoin, älä tunkeudu syvälle ympäröiviin materiaaleihin eikä aiheuta radioaktiivisuutta. Siksi, nämä materiaalit ja rakenteet voivat palvella vuosikymmeniä.
Yleisesti, yllä olevaan reaktioon liittyy säteily, mutta se (reaktio) On 50 kertaa vähemmän radioaktiivista kuin ydinfuusio, esimerkiksi. deuterium ja tritium.
Deuteriumin ydinreaktio tritiumin kanssa kuvataan seuraavasti:
2H + 3H → 4He + n + 17,6 MeV,
missä 2H - deuterium, 3H - tritium, n on neutroni.
Deuteriumin ja tritiumin välisen reaktion haittana on, että tritium itse on erittäin radioaktiivinen. Toinen, tämän reaktion aikana tapahtuu voimakas neutronisäteily.
Helium-3: n energiatehokkuus as polttoainetta lämpöydinfuusiossa on erittäin valtava. Niin, 1 tonni helium-3 korvaa noin 15-20 miljoonaa tonnia öljyä. Helium-3: n vuotuinen kysyntä on noin 20-30 tonnia, ja koko ihmiskunnan - 200 tonnia.
Helium-3: n edut polttoaineena:
se on ekologisesti puhdas lämpöydin polttoainetta, itsestään, helium-3 ei ole radioaktiivinen eikä säilytys vaadi erityisiä varotoimia
- korkea energiatehokkuus,
neutronien sijasta helium-3: n reaktori lähettää protoneja, toisin kuin neutronit ovat helposti siepattavissa ja niitä voidaan käyttää ylimääräiseen sähköntuotantoon, esimerkiksi, MHD-generaattorissa,
- protonien kineettinen energia muuttuu suoraan sähköksi kiinteän olomuodon muutoksen avulla
helium-3: een perustuvan reaktorin käyttökustannukset ovat perinteistä pienemmät
- aktiivisen vyöhykkeen paineenalennuksen epäonnistumisen yhteydessä, radioaktiivisuuspäästöt ovat lähellä nollaa.
Huomautus: © Kuva //www.pexels.com, //pixabay.com
