氦3應(yīng)用接上(shàng)篇(piān)……
製造氫的同位素氚
目前可供(gòng)獲得的He-3基(jī)本上都是通過氚(chuān)的衰變得到的(de),而氚通(tōng)過鋰的同位素Li-6 俘獲中子反應產生。氚是一種極(jí)為重要的核武器原料:主要用於製
造氫彈和提高原子(zǐ)彈裂變裝料的利用(yòng)率,以(yǐ)提(tí)高裂變武器和熱核(hé)武(wǔ)器的爆知當量,便之(zhī)小型
化。由於氚具有放射性,不穩定,除了(le)技(jì)術尚不成熟的海水提取法之外(wài),直接從自然(rán)界中提取氦-3幾乎不可能。目(mù)前核武器所需的氚都是人生產的,即(jí)利用中和He-3反應生產(chǎn)氚(chuān)。
激光放大器工質
在電子光學中,稀有氣體的混合物被廣泛用作(zuò)激光放大器中(zhōng)的!在物質,He-3 是其中重要的(de)組分。有文獻報(bào)道了一例泵浦(Reactor pumped las en) He-3- Ar- Xe激光實(shí)驗, 它利用熱中子和HE-3 的核反應功能來實現其功能
N+ He-3 → p + H3 + 0.76Mev
( n : 中子, p : 質(zhì)子 )
表麵探針
在表麵科學中,由於He-3原子具有高(gāo)度的表麵靈敏度和完全(quán)的情性,可(kě)以作為很好的
表麵探針,而He-3自旋回聲(spin echo) 技術則(zé)成為研究表麵內和表麵上緩(huǎn)慢運動的理(lǐ)想
方法。
尋找宇宙暗物(wù)質(zhì)
天體物理上發現的(de)實物證據有力地支持著(zhe)關於在銀河係的(de)光(guāng)環(huán)中存在非重子暗物質的論斷。在一些實驗工作6) 的基礎上, May et等提(tí)出利用超(chāo)流(liú)He-3作(zuò)為靈敏的工作介質用(yòng)於搜尋超宇稱暗(àn)物質(Supersymmetric DarkMatter) 的(de)基本設想; 。之後, 他們報道了·個直接尋找暗物質的新(xīn)型探測器(qì)計劃——MACHe-3(Matrix of Cells of superfluid He-3) ”, MACHe-3由1000個(gè)基本超(chāo)流He-3單(dān)元組成,每個單元是一個(gè)體積約為125mm'的銅製立(lì)方體(tǐ),其中充(chōng)注了B相的超流體He-3。之所以采用He-3,是因為:①考慮到背景抑製等因素..超流He-3可以獲得極高的純度,其中唯一的雜質(zhì)是He-4,而它可以被忽略不計,這樣一來,
流體介質中(zhōng)沒有來自放射性物質的汙染,這正是(shì)作為靈敏介質所必須具備的條件(jiàn)。(2)考慮到中性伴隨子(Neutralino) 探(tàn)測的優(yōu)點(diǎn)是雙重的。首先, 最大反衝能量隻和中性伴隨子的質量有輕微(wēi)的依賴(lài)關係。從對撞機實驗的最新結果”來看, 靶核(hé)(m=2.81GeV/e) 要比(bǐ)進來的中性伴隨子(M, ≥32GeV/c2) 小得(dé)多。第二, He-3是1/2自旋的核子, He-3探測器主要(yào)對軸(zhóu)向作(zuò)用敏感,這一點使得該儀器和其他儀器不(bú)同。
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氦-3同位素質譜儀(yí)測定技術
He-3是用於(yú)考古、地質、水文等領域同位素質譜學研究的一個極有價值的樣本。人們普遍認為,He-3是原始的,自地球形成以來就殘留在地球內部;而He-4是放(fàng)射成因產物.,在漫長的地質曆史(shǐ)過程中,He-3和He-4不斷通過斷裂帶的裂隙通道向地表擴散,但由於放
射性物質的作用,又不斷地使(shǐ)得He-4在地殼中累積。因(yīn)此,在不同的地質(zhì)構造環境中,斷層構造活動的強烈(liè)差異、介質的滲(shèn)透係數不同以及封存條件的(de)不一致,導致(zhì)地質樣品中He-3/
He-4、He-4/Ne”比值明顯不同(tóng)。通過設計(jì)一台用於地學研究的He-3/He-4比值質譜計,
便可測定一些地區不同(tóng)地質環境、不同(tóng)物質來源樣品中的He-3/He-4比值,從而為地質分
析提供參考依據。
利用氦-3研究太陽(yáng)的特征(zhēng)
太陽中的熱核反應產生了大量的He-3粒子。通過分析(xī)太陽光譜中He-3成分的特征,可以間接研究太陽的行為。自Schaeffer和Zah ringer 1”於1962年首(shǒu)次發現太(tài)陽高能粒子(zǐ)中He-3豐度的大幅富集現象之後,人們從實驗觀測和發展理論模型(xíng)兩個方麵對(duì)太陽He-3富
化行為進行了大量的研究,,這些結果對了解太陽的運行和發展規律提供了重要的參考線
索。例如,有文獻]研究了太陽中心He-3反應擴(kuò)散係統的非線性特性,發(fā)現(xiàn)太陽中(zhōng)心有
“匯”速度場可以導致He-3核反應擴散係統失去穩定性(xìng),He-3的粒子數(shù)密度在狀態轉(zhuǎn)變過
程中不(bú)守恒,密度總量增大了。換句(jù)話說,太陽中心(xīn)He-3的密度(dù)通過反應擴散(sàn)對流係統的
非線性動力學被增強,從而可(kě)抑製Be’和B太陽中微子的產生。
氦-3中(zhōng)子探測器
在過去20多(duō)年(nián)間,中子探測技術得到不(bú)斷的細化,這一(yī)進展主要歸功於對中子結構、動力學、合成物、凝聚態物質(zhì)磁化作用以及與高強度中子源的開發和建設相結合等中子技術的研究。中子(zǐ)探測在核醫學(xué)及(jí)臨床診斷、核電站安全檢測係統、環境檢(jiǎn)測係統、核爆及隱藏核(hé)材料探(tàn)測、空間物理學、航天航空和工業應用等眾多領域都(dōu)有(yǒu)著極其重要的意義。
自2001年(nián)的恐怖襲擊以來,國土安全部就開始在邊境與全國各地都布設了中子(zǐ)正比計數器,以防對鈈或其他武器材料的走私行(háng)為(wéi);並要求每年將20,000到25,000升³He用於這些計數器的消耗。美國還希望其他(tā)國(guó)家也將此種計數器布設在口岸處.
完美能源氦-3的獲(huò)取, 中國已經(jīng)在行動
³He是氚衰變的產物,它是從核武器中收集而來的。在核武器中,氚被用(yòng)來產生中子以提升鈈的爆炸性。直到1988年,氚的製造一直是用於支持(chí)美國核武器計劃(huá),因為它是提升武器威力的一個關鍵組成部分。自冷戰結束以來,美國已經減少其核武庫(kù),從而使得氚和He-3的量(liàng)都(dōu)減少。同時,He-3的需求卻升高。
氦(hài)-3在地球上含量非常少,人們已經把目光投(tóu)向了月球,2007年“嫦娥一號”的(de)發射,再掀(xiān)氦-3探測高潮。在對“嫦娥一號”探月(yuè)衛星微波(bō)數據進行一年多的分析後,發現月壤的氦-3 (He-3)存(cún)量預計達100萬噸,轉化成核(hé)能後足夠地球使(shǐ)用1萬(wàn)年。