皇冠頂端同位素氣體—氦3及其應(yīng)用(下)

氦3應(yīng)用接上篇……

制造氫的同位素氚

目前可供獲得的He-3基本上都是通過氚的衰變得到的，而氚通過鋰的同位素Li-6 俘獲中子反應(yīng)產(chǎn)生。氚是一種極為重要的核武器原料：主要用于制

造氫彈和提高原子彈裂變裝料的利用率，以提高裂變武器和熱核武器的爆知當(dāng)量，便之小型

化。由于氚具有放射性，不穩(wěn)定，除了技術(shù)尚不成熟的海水提取法之外，直接從自然界中提取氦-3幾乎不可能。目前核武器所需的氚都是人生產(chǎn)的，即利用中和He-3反應(yīng)生產(chǎn)氚。

激光放大器工質(zhì)

在電子光學(xué)中，稀有氣體的混合物被廣泛用作激光放大器中的!在物質(zhì)，He-3 是其中重要的組分。有文獻(xiàn)報(bào)道了一例泵浦(Reactor pumped las en) He-3- Ar- Xe激光實(shí)驗(yàn)， 它利用熱中子和HE-3 的核反應(yīng)功能來實(shí)現(xiàn)其功能

       N+  He-3  → p + H3 + 0.76Mev 

     （ n : 中子，  p ： 質(zhì)子 ）

表面探針

在表面科學(xué)中，由于He-3原子具有高度的表面靈敏度和完全的情性，可以作為很好的

表面探針，而He-3自旋回聲(spin echo) 技術(shù)則成為研究表面內(nèi)和表面上緩慢運(yùn)動(dòng)的理想

方法。

尋找宇宙暗物質(zhì)

天體物理上發(fā)現(xiàn)的實(shí)物證據(jù)有力地支持著關(guān)于在銀河系的光環(huán)中存在非重子暗物質(zhì)的論斷。在一些實(shí)驗(yàn)工作6) 的基礎(chǔ)上， May et等提出利用超流He-3作為靈敏的工作介質(zhì)用于搜尋超宇稱暗物質(zhì)(Supersymmetric DarkMatter) 的基本設(shè)想； 。之后， 他們報(bào)道了·個(gè)直接尋找暗物質(zhì)的新型探測(cè)器計(jì)劃——MACHe-3(Matrix of Cells of superfluid He-3) ”， MACHe-3由1000個(gè)基本超流He-3單元組成，每個(gè)單元是一個(gè)體積約為125mm'的銅制立方體，其中充注了B相的超流體He-3。之所以采用He-3，是因?yàn)椋孩倏紤]到背景抑制等因素..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(jì)，這樣一來，

流體介質(zhì)中沒有來自放射性物質(zhì)的污染，這正是作為靈敏介質(zhì)所必須具備的條件。(2)考慮到中性伴隨子(Neutralino) 探測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是雙重的。首先， 最大反沖能量只和中性伴隨子的質(zhì)量有輕微的依賴關(guān)系。從對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的最新結(jié)果”來看， 靶核(m=2.81GeV/e) 要比進(jìn)來的中性伴隨子(M， ≥32GeV/c2) 小得多。第二， He-3是1/2自旋的核子， He-3探測(cè)器主要對(duì)軸向作用敏感，這一點(diǎn)使得該儀器和其他儀器不同。

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氦-3同位素質(zhì)譜儀測(cè)定技術(shù)

He-3是用于考古、地質(zhì)、水文等領(lǐng)域同位素質(zhì)譜學(xué)研究的一個(gè)極有價(jià)值的樣本。人們普遍認(rèn)為，He-3是原始的，自地球形成以來就殘留在地球內(nèi)部；而He-4是放射成因產(chǎn)物.，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過程中，He-3和He-4不斷通過斷裂帶的裂隙通道向地表擴(kuò)散，但由于放

射性物質(zhì)的作用，又不斷地使得He-4在地殼中累積。因此，在不同的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中，斷層構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)烈差異、介質(zhì)的滲透系數(shù)不同以及封存條件的不一致，導(dǎo)致地質(zhì)樣品中He-3/

He-4、He-4/Ne”比值明顯不同。通過設(shè)計(jì)一臺(tái)用于地學(xué)研究的He-3/He-4比值質(zhì)譜計(jì)，

便可測(cè)定一些地區(qū)不同地質(zhì)環(huán)境、不同物質(zhì)來源樣品中的He-3/He-4比值，從而為地質(zhì)分

析提供參考依據(jù)。

利用氦-3研究太陽的特征

太陽中的熱核反應(yīng)產(chǎn)生了大量的He-3粒子。通過分析太陽光譜中He-3成分的特征，可以間接研究太陽的行為。自Schaeffer和Zah ringer 1”于1962年首次發(fā)現(xiàn)太陽高能粒子中He-3豐度的大幅富集現(xiàn)象之后，人們從實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和發(fā)展理論模型兩個(gè)方面對(duì)太陽He-3富

化行為進(jìn)行了大量的研究，，這些結(jié)果對(duì)了解太陽的運(yùn)行和發(fā)展規(guī)律提供了重要的參考線

索。例如，有文獻(xiàn)]研究了太陽中心He-3反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)的非線性特性，發(fā)現(xiàn)太陽中心有

“匯”速度場(chǎng)可以導(dǎo)致He-3核反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，He-3的粒子數(shù)密度在狀態(tài)轉(zhuǎn)變過

程中不守恒，密度總量增大了。換句話說，太陽中心He-3的密度通過反應(yīng)擴(kuò)散對(duì)流系統(tǒng)的

非線性動(dòng)力學(xué)被增強(qiáng)，從而可抑制Be’和B太陽中微子的產(chǎn)生。

氦-3中子探測(cè)器

在過去20多年間，中子探測(cè)技術(shù)得到不斷的細(xì)化，這一進(jìn)展主要?dú)w功于對(duì)中子結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)、合成物、凝聚態(tài)物質(zhì)磁化作用以及與高強(qiáng)度中子源的開發(fā)和建設(shè)相結(jié)合等中子技術(shù)的研究。中子探測(cè)在核醫(yī)學(xué)及臨床診斷、核電站安全檢測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、核爆及隱藏核材料探測(cè)、空間物理學(xué)、航天航空和工業(yè)應(yīng)用等眾多領(lǐng)域都有著極其重要的意義。

自2001年的恐怖襲擊以來，國土安全部就開始在邊境與全國各地都布設(shè)了中子正比計(jì)數(shù)器，以防對(duì)钚或其他武器材料的走私行為；并要求每年將20,000到25,000升³He用于這些計(jì)數(shù)器的消耗。美國還希望其他國家也將此種計(jì)數(shù)器布設(shè)在口岸處.

     完美能源氦-3的獲取， 中國已經(jīng)在行動(dòng)

³He是氚衰變的產(chǎn)物，它是從核武器中收集而來的。在核武器中，氚被用來產(chǎn)生中子以提升钚的爆炸性。直到1988年，氚的制造一直是用于支持美國核武器計(jì)劃，因?yàn)樗翘嵘淦魍Φ囊粋€(gè)關(guān)鍵組成部分。自冷戰(zhàn)結(jié)束以來，美國已經(jīng)減少其核武庫，從而使得氚和He-3的量都減少。同時(shí)，He-3的需求卻升高。

氦-3在地球上含量非常少，人們已經(jīng)把目光投向了月球，2007年“嫦娥一號(hào)”的發(fā)射，再掀氦-3探測(cè)高潮。在對(duì)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星微波數(shù)據(jù)進(jìn)行一年多的分析后，發(fā)現(xiàn)月壤的氦-3 (He-3)存量預(yù)計(jì)達(dá)100萬噸，轉(zhuǎn)化成核能后足夠地球使用1萬年。

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