Heelium-3
 | See artikkel ootab keeletoimetamist. |
Heelium-3 (3He) on kahe prootoni ja ühe neutroniga aatomituumaga stabiilne heeliumi isotoop.
Heelium-3 avastasid Luis Álvarez ja Robert Cornog 1939. aastal.
Heelium-3 peetakse potentsiaalseks teise põlvkonna termotuumareaktorite kütuseks. Probleem on selle isotoobi haruldus Maal. Heelium-3 tekib triitiumi beetalagunemisel ja seda protsessi tahetakse kasutada ka heelium-3 tootmiseks.
Heelium-3 on Päikeses toimuvate tuumareaktsioonide kõrvalsaadus. Seda leidub mingil määral päikesetuules ja planeetidevahelises keskkonnas. Planeetidevahelisest ruumist Maa atmosfääri sisenev heelium-3 hajub kiiresti kosmosesse tagasi ja selle sisaldus atmosfääris on üliväike. Osa maapealses atmosfääris leiduvast heelium-3-st on tekkinud atmosfääris ja vee all tehtud tuumakatsetuste tagajärjel.
Et Kuul puudub atmosfäär, leidub sealses pinnakihis (regoliit) märkimisväärses koguses heelium-3. Kuu pinnasesse kogunes heelium-3 järk-järgult miljardite aastate jooksul päikesetuulest. Tonn Kuu pinnast (kõige ülemises pinnalähedases kihis) sisaldab umbes 0,01 g heelium-3 (kuni 50 ppb) ja 28 g heelium-4. See isotoopide osatähtsuse suhe (umbes 0,043%) on oluliselt suurem kui Maa atmosfääris.
Füüsikalised omadused
[muuda | muuda lähteteksti]Tänu väikesele aatommassile 3,016 u on heelium-3-l mõned füüsikalised omadused, mis erinevad heelium-4 (aatommassiga 4,0026 u) omadustest. Heelium-3 kvantmehaaniliste omaduste tõttu on sellel suurem nullpunkti energia kui heelium-4-l. Seetõttu erinevad heelium-3 vedela oleku omadused oluliselt heelium-4 omadustest, eriti väga madalatel temperatuuridel.
Kvantmehaanilised mõjud heelium-3-le ja heelium-4-le on oluliselt erinevad, sest kahe prootoni, kahe neutroni ja kahe elektroniga heelium-4 aatomi koguspinn on null, nii et see on boson, kuid ühe võrra väiksema neutronite arvuga heelium-3 üldine spinn on 1/2, nii et see on fermion.
Kasutamine
[muuda | muuda lähteteksti]Kvantarvutid vajavad töötamiseks väga madalaid temperatuure. Mida madalam on selle keskkonna temperatuur, kus kvantarvuti komponendid asuvad, seda püsivam on arvuti ja seda vähem vigu esineb arvutustes. Heelium-3 on väga tõhus jahutusvedelik, mis võimaldab saavutada väga madala temperatuuri, mis vähendab kvantarvutite müra ja vigade arvu.
Heelium-3 on ka oletuslik termotuumasünteesi kütus, mille täpsemaid kasutamisvõimalusi uuritakse.
Heelium-3 loodetakse kasutada tulevase energiaallikana. Erinevalt enamikust tuumasünteesireaktsioonidest on heelium-3 aatomite liitumine neutronivaba termotuumasüntees. See vabastab suures koguses energiat, muutmata ümbritsevat ainet radioaktiivseks. Kuid heelium-3 termotuumareaktsioonide saavutamiseks on tarvis kõrgemat temperatuuri kui seni kasutatud termotuumareaktsioonide korral ja see protsess võib tekitada ka kõrvalreaktsioone, mis muudavad ümbritseva aine radioaktiivseks.