Heelium-3
 | See artikkel ootab keeletoimetamist. |
Heelium-3 on kahe prootoni ja ühe neutroniga stabiilne heeliumi isotoop.
Heelium-3 olemasolu avastasid Luis Álvarez ja Robert Cornog 1939. aastal.
Heelium-3 peetakse potentsiaalseks teise põlvkonna termotuumareaktori kütuseks. Probleem on selle isotoobi haruldus Maal. Heelium-3 tekib triitiumi beetalagunemisel ning seda protsessi tahetakse kasutada ka heelium-3 tootmiseks.
Heelium-3 on Päikeses toimuvate reaktsioonide kõrvalsaadus. Seda leidub mingil määral päikesetuules ja planeetidevahelises keskkonnas. Planeetidevahelisest ruumist Maa atmosfääri sisenev heelium-3 hajub kiiresti tagasi ja selle sisaldus atmosfääris on üliväike. Osa maapealses atmosfääris leiduvast heelium-3-st on ka atmosfääri- ja veealuste tuumarelvade katsetamise jäänused.
Et Kuul puudub atmosfäär, leidub sealses pinnakihis (regoliit) märkimisväärses koguses heelium-3. Kuu pinnases kogunes heelium-3 järk-järgult üle miljardite aastate päikesetuulega. Selle tulemusena sisaldab tonn Kuu pinnast (kõige õhemas pinnalähedases kihis) umbes 0,01 g heelium-3 (kuni 50 ppb) ja 28 g heelium-4. See isotoopide suhe (umbes 0,043%) on oluliselt suurem kui Maa atmosfääris.
Füüsikalised omadused
[muuda | muuda lähteteksti]Tänu oma väikesele aatommassile 3,016 u on heelium-3-l mõned füüsikalised omadused, mis erinevad heelium-4 (aatommassiga 4,0026 u). Heelium-3 mikroomaduste tõttu on sellel suurem nullpunkti energia kui heelium-4-l. See tähendab, et heelium-3 suudab ületada dipool-dipool-interaktsioonid väiksema soojusenergiaga kui heelium-4.
Kvantmehaanilised mõjud heelium-3-le ja heelium-4-le on oluliselt erinevad, sest kahe prootoni, kahe neutroni ja kahe elektroniga heelium-4 üldine spinn on null, muutes selle bosoniks, kuid ühe vähema neutroniga on heelium-3 üldine spinn üks pool, muutes selle fermioniks.
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, vähendades kvantarvutite müra 1000 korda.
Heelium-3 on ka oletuslik termotuumasünteesi kütus, mille täpsemaid kasutusvõimalusi uuritakse.
Heelium-3 loodetakse kasutada tulevase energiaallikana. Erinevalt enamikust tuumasünteesireaktsioonidest on heelium-3 aatomite sulandumine aneutrooniline (aneutronite termotuumasüntees). See vabastab suures koguses energiat, põhjustamata ümbritseva aine radioaktiivseks muutumist. Kuid heelium-3 termotuumareaktsioonide saavutamiseks on vaja palju kõrgemat temperatuuri kui traditsioonilistel termotuumareaktsioonide korral ning see protsess võib vältimatult tekitada ka selliseid reaktsioone, mis põhjustaksid ümbritseva aine radioaktiivseks muutumist.