Helium 3 (Er 3, manchmal genannt tralphium) ist ein leichtes, nichtradioaktives Isotop von Helium mit zwei Protonen und einem Neutron. Es ist auf der Erde selten, und wird für den Gebrauch in der Kernfusionsforschung gesucht. Wie man denkt, ist der Überfluss an Helium 3 auf dem Mond (eingebettet in der oberen Schicht von regolith durch den Sonnenwind mehr als Milliarden von Jahren) und die Gasriesen des Sonnensystems größer (verlassen zu Ende vom ursprünglichen Sonnennebelfleck), obwohl noch niedrig in der Menge (28 ppm von Mondregolith ist Helium 4 und von 1 ppb bis 50 ppb, Helium 3 ist).

Der helion, der Kern eines Heliums 3 Atom, besteht aus zwei Protonen, aber nur einem Neutron im Gegensatz zu zwei Neutronen in gewöhnlichem Helium. Seine Existenz wurde zuerst 1934 durch den australischen Kernphysiker Mark Oliphant, während gestützt, an der Universität von Cambridge Laboratorium von Cavendish in einem Experiment vorgeschlagen, in dem schnelle deuterons mit anderen Deuteron-Zielen (die erste Demonstration der Kernfusion) reagiert wurden.

Wie man

verlangte, war Helium 3 ein radioaktives Isotop, bis helions davon in einer Probe von natürlichem Helium identifiziert wurden (der größtenteils Helium 4 ist), sowohl von der Atmosphäre als auch vom Benzin gut Quellen, durch Luis W. Alvarez und Robert Cornog in einem Zyklotron-Experiment am Lawrence Berkeley Nationales Laboratorium, 1939. Obwohl, wie man fand, Helium 3 in Bezug auf Helium 4 in Helium von Bohrlöchern ungefähr 10,000mal seltener war, hat seine bedeutende Anwesenheit in unterirdischen Gasablagerungen angedeutet, dass es, den irgendein nicht verfallen hat, oder eine äußerst lange mit einem primordialen Isotop vereinbare Halbwertzeit hatte.

Helium 3 kommt als ein primordialer nuclide vor, der Kruste der Erde in die Atmosphäre und in den Raum mit der Zeit entfliehend. Es ist auch ein natürlicher nucleogenic und cosmogenic nuclide, erzeugt, wenn Lithium durch natürliche Neutronen bombardiert wird, die durch die spontane Spaltung, und durch kosmische Strahlen erzeugt sind. Etwas Helium 3 in der Atmosphäre ist auch eine Reliquie der Landluft thermonukleare Waffenprüfung. Tritium, mit einer grob 12-jährigen Halbwertzeit, verfällt in Helium 3, der wieder erlangt werden kann. Das Ausstrahlen von Lithium in einem Kernreaktoren — entweder eine Fusion oder Spaltungsreaktor — kann auch Tritium, und so (nachdem Zerfall) Helium 3 erzeugen.

Helium 3 wird vorgeschlagen, weil ein Fusionsbrennstoff der zweiten Generation für die Fusionsmacht verwendet, aber solche Systeme sind noch in sehr frühen experimentellen Entwicklungsphasen. Helium 3 wird in der Neutronentdeckung und äußerst niedrigen Temperaturkryogenik verwendet. Es ist verwendet worden, weil ein magnetizable Benzin (hyperpolarisiert) hat, um magnetische Kernbildaufbereitungsstudien der Lungen auszuführen.

Physikalische Eigenschaften

Infolge seiner niedrigeren Atommasse (3.0160293 amu) hat Helium 3 bedeutsam verschiedene Eigenschaften von Helium 4 (4.0026 amu). Wegen der schwachen, veranlassten Dipoldipol-Wechselwirkung zwischen Helium-Atomen werden ihre makroskopischen physikalischen Eigenschaften durch die Nullpunkt-Energie (groundstate kinetische Energie), und die mikroskopischen Eigenschaften von Helium 3 Ursache es hauptsächlich bestimmt, um höhere Nullpunkt-Energie zu haben, was bedeutet, dass Helium 3 Dipoldipol-Wechselwirkung mit weniger Thermalenergie überwinden kann als Helium 4. Helium 3 Eitergeschwüre an 3.19 kelvin im Vergleich zu Helium-4's 4.23 K und sein kritischer Punkt ist auch an 3.35 K, im Vergleich zu Helium-4's 5.19 K niedriger. Es hat weniger als Hälfte der Dichte wenn Flüssigkeit an seinem Siedepunkt: 0.059 g/ml im Vergleich zu Helium-4's 0.12473 g/ml an einer Atmosphäre. Seine latente Hitze der Eindampfung ist auch an 0.026 kJ/mol im Vergleich zu Helium-4's 0.0829 kJ/mol beträchtlich niedriger.

Fusionsreaktionen

Einige Fusionsprozesse erzeugen hoch energische Neutronen, die Reaktorbestandteile machen, die mit Aktivierungsprodukten durch die dauernde Beschießung der Bestandteile des Reaktors mit ausgestrahlten Neutronen radioaktiv sind. Wegen dieser Beschießung und Ausstrahlens muss Energieerzeugung indirekt durch Thermalmittel, als in einem Spaltungsreaktor vorkommen. Jedoch, die Bitte von Helium 3 Fusionsstämme nach der aneutronic Natur seiner Reaktionsprodukte. Helium 3 selbst ist nichtradioaktiv. Das einsame energiereiche Nebenprodukt, das Proton, kann mit elektrischen und magnetischen Feldern enthalten werden. Die Schwung-Energie dieses Protons (geschaffen im Fusionsprozess) wird aufeinander wirken, elektromagnetisches Feld enthaltend, auf direkte Nettoelektrizitätsgeneration hinauslaufend.

Wegen der höheren Ampere-Sekunde-Barriere haben die Temperaturen für H + Er verlangt Fusion ist viel höher als diejenigen von herkömmlichem H + H (schwerer Wasserstoff + Tritium) Fusion. Außerdem, da beide Reaktionspartner zusammen gemischt werden müssen, um durchzubrennen, werden Reaktionen zwischen Kernen desselben Reaktionspartners vorkommen, und die D-D Reaktion (H + H) erzeugt wirklich ein Neutron. Reaktionsraten ändern sich mit der Temperatur, aber die D-He Reaktionsrate ist nie größer als 3.56mal die D-D Reaktionsrate (sieh Graphen). Deshalb kann die Fusion mit dem D-He Brennstoff einen etwas niedrigeren Neutronfluss erzeugen als D-T Fusion, aber ist keineswegs sauber, etwas von seiner Hauptanziehungskraft verneinend.

Eine zweite Möglichkeit, Ihn mit sich (Er + Er) verschmelzend, verlangt noch höhere Temperaturen (da jetzt beide Reaktionspartner eine +2 Anklage haben), und so noch schwieriger ist als die D-He Reaktion. Jedoch bietet es wirklich eine mögliche Reaktion an, die keine Neutronen erzeugt; die Protone, die es erzeugt, besitzen Anklagen und können mit elektrischen und magnetischen Feldern enthalten werden, der der Reihe nach auf direkte Elektrizitätsgeneration hinausläuft. Er + Er ist Fusion im Laboratorium demonstriert worden und ist so theoretisch ausführbar und würde im Vorteil sein, aber kommerzielle Lebensfähigkeit ist viele Jahre in der Zukunft.

Die Beträge von Helium 3 erforderliche als ein Ersatz für herkömmliche Brennstoffe sind vergleichsweise zu zurzeit verfügbaren Beträgen wesentlich. Die Summe der Energie hat im H + Er erzeugt Reaktion ist 18.4 MeV, der ungefähr 493 Megawatt-Stunden entspricht (4.93×10 W · h) pro drei Gramme (ein Maulwurf) ³He. Selbst wenn diese Summe der Energie zur elektrischen Leistung mit 100-%-Leistungsfähigkeit umgewandelt werden konnte (eine physische Unmöglichkeit), würde es ungefähr 30 Minuten der Produktion eines gigawatt elektrischen Werks entsprechen; eine Produktion eines Jahres durch dasselbe Werk würde ungefähr 17.5 Kilogramme Helium 3 verlangen.

Der Betrag des für groß angelegte Anwendungen erforderlichen Brennstoffs kann auch in Bezug auf den Gesamtverbrauch gestellt werden: Gemäß der US-Energieinformationsregierung, "Hat sich der Elektrizitätsverbrauch durch 107 Millionen amerikanische Haushalte 2001 auf 1,140 Milliarden Kilowatt belaufen · h" (1.14×10 W · h). Wieder 100-%-Umwandlungsleistungsfähigkeit annehmend, wären 6.7 Tonnen Helium 3 für dieses Segment der Energienachfrage der Vereinigten Staaten, 15 bis 20 Tonnen gegeben ein realistischerer der Länge nach Umwandlungsleistungsfähigkeit erforderlich.

Neutronentdeckung

Helium 3 ist ein wichtigstes Isotop in der Instrumentierung für die Neutronentdeckung. Es hat eine hohe Absorptionskreuz-Abteilung für Thermalneutronbalken und wird als ein Konverter-Benzin in Neutronentdeckern verwendet. Das Neutron wird durch die Kernreaktion umgewandelt

:n + Er  H + H + 0.764 MeV

in beladenes Partikel-Tritium (T, H) und protium (p, H), die dann durch das Schaffen einer Anklage-Wolke im anhaltenden Benzin eines proportionalen Schalters oder einer Tube von Geiger-Müller entdeckt werden.

Außerdem ist der Absorptionsprozess stark von der Drehung abhängig, der einem Drehungspolarisierten Helium 3 Volumen erlaubt, um Neutronen mit einem Drehungsbestandteil zu übersenden, während er den anderen absorbiert. Diese Wirkung wird in der Neutronpolarisationsanalyse, eine Technik verwendet, die für magnetische Eigenschaften der Sache forschend eindringt.

Die USA-Abteilung der Heimatssicherheit hatte gehofft, Entdecker einzusetzen, um geschmuggeltes Plutonium in Versandcontainern durch ihre Neutronemissionen zu entdecken, aber die Weltknappheit an Helium 3 im Anschluss an die Attraktion unten in der Kernwaffenproduktion seit dem Kalten Krieg hat einigermaßen das verhindert.

Kryogenik

Ein Helium 3 Kühlschrank-Gebrauch-Helium 3, um Temperaturen 0.2 zu 0.3 kelvin zu erreichen. Ein Verdünnungskühlschrank verwendet eine Mischung von Helium 3 und Helium 4, um kälteerzeugende Temperaturen mindestens einige Tausendstel eines kelvin zu erreichen.

Ein wichtiges Eigentum von Helium 3, der es vom allgemeineren Helium 4 unterscheidet, besteht darin, dass sein Kern ein fermion ist, da es eine ungerade Zahl der Drehung 1/2 Partikeln enthält. Helium 4 Kerne ist bosons, eine gerade Zahl der Drehung 1/2 Partikeln enthaltend. Das ist ein direktes Ergebnis der Hinzufügungsregeln für den gequantelten winkeligen Schwung. Bei niedrigen Temperaturen (ungefähr 2.17 K) erlebt Helium 4 einen Phase-Übergang: Ein Bruchteil davon geht in eine superflüssige Phase ein, die als ein Typ von Kondensat von Bose-Einstein grob verstanden werden kann. Solch ein Mechanismus ist für Helium 3 Atome nicht verfügbar, die fermions sind. Jedoch wurde es weit nachgesonnen, dass Helium 3 auch eine Superflüssigkeit bei viel niedrigeren Temperaturen werden konnte, wenn sich die Atome in Paare geformt haben, die Paaren von Cooper in der BCS Theorie der Supraleitfähigkeit analog sind. Von jedem Paar von Cooper, Drehung der ganzen Zahl habend, kann als ein boson gedacht werden. Während der 1970er Jahre haben David Lee, Douglas Osheroff und Robert Coleman Richardson zwei Phase-Übergänge entlang der schmelzenden Kurve entdeckt, die bald begriffen wurden, um die zwei superflüssigen Phasen von Helium 3 zu sein. Der Übergang zu einer Superflüssigkeit kommt an 2.491 millikelvins (d. h., 0.002491 K) auf der schmelzenden Kurve vor. Sie wurden dem 1996-Nobelpreis in der Physik für ihre Entdeckung zuerkannt. Tony Leggett hat den 2003-Nobelpreis in der Physik für seine Arbeit an der Raffinierung des Verstehens der superflüssigen Phase von Helium 3 gewonnen.

Im magnetischen Nullfeld gibt es zwei verschiedene superflüssige Phasen von Ihm, dem A-phase und dem B-phase. Der B-phase ist die niedrige Temperatur, Unterdruckphase, die eine isotropische Energielücke hat. Der A-phase ist die höhere Temperatur, höhere Druck-Phase, die weiter durch ein magnetisches Feld stabilisiert wird und zwei Punkt-Knoten in seiner Lücke hat. Die Anwesenheit von zwei Phasen ist eine klare Anzeige, dass Er eine unkonventionelle Superflüssigkeit (Supraleiter) ist, da die Anwesenheit von zwei Phasen eine zusätzliche Symmetrie, außer der Maß-Symmetrie verlangt, um gebrochen zu werden. Tatsächlich ist es eine P-Welle-Superflüssigkeit, mit der Drehung ein, S=1 und winkeliger Schwung ein, L=1. Der Boden-Staat entspricht winkeliger Gesamtschwung-Null, J=S+L=0 (Vektor-Hinzufügung). Aufgeregte Staaten sind mit dem winkeligen Nichtnullgesamtschwung, J> 0 möglich, die aufgeregtes Paar gesammelte Weisen sind. Wegen der äußersten Reinheit von Superflüssigkeit Er (seitdem alle Materialien außer Ihm fest geworden ist und

versenkt zum Boden der Flüssigkeit Er und irgendwelcher ließ Er Phase völlig trennen, das ist der reinste kondensierte Sache-Staat), diese gesammelten Weisen sind mit der viel größeren Präzision studiert worden als in jedem anderen unkonventionellen zusammenpassenden System.

Medizinische Lungenbildaufbereitung

Die Kerne von einigen Atomen (wie Helium 3, aber nicht Helium 4) haben eine innere Drehung. In einem magnetisierten (oder "polarisiert") Benzin können diese Drehungen in derselben Richtung durch verschiedene Mittel aufgestellt werden. Danach wie Gyroskope setzen die Kerne fort, mit ihren Äxten zu spinnen, die zu einer Richtung im Raum unabhängig von der Richtung von sich ändernden Bewegungen der Gasatome angespitzt sind, die sie enthalten.

Polarisiert (auch verwiesen auf, wie hyperpolarisiert) Helium kann 3 Benzin direkt mit Lasern der passenden Frequenz erzeugt werden. Mit dem Gebrauch einer dünnen Schicht von Schutzcäsium-Metall innerhalb Gasflaschen kann das magnetisierte Benzin dann am Druck von 10 atm seit bis zu 100 Stunden versorgt werden. Wenn eingeatmet, können Mischungen, die das Benzin enthalten, mit einem MRI ähnlichen Scanner dargestellt werden, der Atem-für-Atem-Images der Lungenlüftung in Realtime erzeugt. Anwendungen dieser experimentellen Technik beginnen gerade, erforscht zu werden.

Produktion

Der aktuelle US-Industrieverbrauch von Helium 3 ist etwa 60,000 Liter pro Jahr; Kosten auf der Versteigerung sind normalerweise etwa $ 100/Liter gewesen, obwohl die Erhöhung der Nachfrage Preise zu nicht weniger als $ 2,000/Liter in den letzten Jahren erhoben hat. Helium 3 ist natürlich in kleinen Mengen wegen des radioaktiven Zerfalls da, aber eigentlich wird das ganze Helium 3 verwendete in der Industrie verfertigt. Helium 3 ist ein Produkt des Tritium-Zerfalls, und Tritium kann durch die Neutronbeschießung von schwerem Wasserstoff, Lithium, Bor oder Stickstoff-Zielen erzeugt werden. Die Produktion von Tritium in bedeutenden Mengen verlangt den hohen Neutronfluss eines Kernreaktoren; die Fortpflanzung von Tritium mit Lithium 6 verbraucht das Neutron, während die Fortpflanzung mit Lithium 7 ein niedriges Energieneutron als ein Ersatz für das verbrauchte schnelle Neutron erzeugt.

Der aktuelle Bedarf von Helium 3 kommt teilweise vom Abbauen von Kernwaffen, wo es jedoch anwächst, vermindert sich das Bedürfnis nach der Sprengkopf-Zerlegung. Folglich ist Tritium selbst im knappen Vorrat, und das US-Energieministerium hat kürzlich begonnen, es durch die Lithiumausstrahlen-Methode am Talautoritätswatt-Bar-Reaktor von Tennessee zu erzeugen. Wesentliche Mengen von Tritium konnten auch aus dem schweren Wasservorsitzenden in CANDU Kernreaktoren herausgezogen werden.

Die Produktion von Helium 3 von Tritium an einer Rate, die genügend ist, um Weltnachfrage zu befriedigen, wird bedeutende Investition verlangen, weil Tritium an derselben Rate wie Helium 3 erzeugt werden muss, und etwa achtzehnmal so viel Tritium in der Lagerung aufrechterhalten werden muss wie der Betrag von Helium 3 erzeugte jährlich durch den Zerfall (Produktionsrate dN/dt von der Zahl von Maulwürfen oder anderen Einheitsmasse von Tritium N, ist N γ = N ln 2/t, wo der Wert von t / (ln 2) ungefähr 18 Jahre ist; sieh radioaktiven Zerfall). Wenn kommerzielle Fusionsreaktoren Helium 3 als ein Brennstoff verwenden sollten, würden sie verlangen, dass Zehnen von Tonnen Helium 3 jedes Jahr einen Bruchteil der Macht in der Welt erzeugen, wesentliche Vergrößerung von Möglichkeiten für die Tritium-Produktion und Lagerung verlangend.

Überfluss

Sonnennebelfleck (primordialer) Überfluss

Eine frühe Schätzung des primordialen Verhältnisses von Ihm zu ist Ihm im Sonnennebelfleck das Maß ihres Verhältnisses in der Atmosphäre Jupiters gewesen, der durch das Massenspektrometer des Galileos atmosphärische Zugang-Untersuchung gemessen ist. Dieses Verhältnis ist über 1:10,000, oder 100 Teile von Ihm pro Million Teile von Ihm. Das ist grob dasselbe Verhältnis der Isotope in Mondregolith, wenn es 28 ppm Helium 4 und 2.8 ppb Helium 3 enthält (der am niedrigeren Ende von wirklichen Beispielmaßen ist, die sich von ungefähr 1.4 bis 15 ppb ändern). Jedoch sind Landverhältnisse der Isotope durch einen Faktor 100, hauptsächlich wegen der Bereicherung von Helium 4 Lager im Mantel um Milliarden von Jahren des Alpha-Zerfalls von Uran und Thorium niedriger.

Landüberfluss

Er ist eine primordiale Substanz im Mantel der Erde, betrachtet, verführt innerhalb der Erde während der planetarischen Bildung geworden zu sein. Das Verhältnis von Ihm zu ist Ihm innerhalb der Kruste und Mantels der Erde weniger als das für Annahmen der Sonnenplattenzusammensetzung, wie erhalten, beim Meteorstein und den Mondproben mit Landmaterialien, die Ihn/ihn allgemein tiefer Verhältnisse wegen ingrowth von Ihm vom radioaktiven Zerfall enthalten.

Er ist innerhalb des Mantels, im Verhältnis von 200-300 Teilen von Ihm zu einer Million Teilen von Ihm anwesend. Verhältnisse von ist Ihm/ihm über den atmosphärischen für einen Beitrag von Ihm vom Mantel bezeichnend. Quellen von Crustal werden durch Ihn beherrscht, der durch den Zerfall von radioaktiven Elementen in der Kruste und dem Mantel erzeugt wird.

Das Verhältnis von Helium 3 zu Helium 4 in natürlichen Fantasielosen Quellen ändert sich außerordentlich. Proben von Erzspodumene von Edison Mine, wie man fand, hat South Dakota 12 Teile von Helium 3 zu einer Million Teilen von Helium 4 enthalten. Proben von anderen Gruben haben 2 Teile pro Million gezeigt.

Helium ist auch als bis zu 7 % von einigen Erdgas-Quellen da, und große Quellen haben mehr als 0.5 % (über 0.2 % macht es lebensfähig zum Extrakt). Wie man annimmt, enthält Algeriens jährliche Gasproduktion 100 Millionen normale Kubikmeter, und das würde zwischen 5 und 50 M Helium 3 (ungefähr 1 bis 10 Kilogramme) mit der normalen Überfluss-Reihe 0.5 zu 5 ppm enthalten. Ähnlich hätte die 2002-Reserve der Vereinigten Staaten von 1 Milliarde normaler M ungefähr 10 bis 100 Kilogramme Helium 3 enthalten.

Er ist auch in der Atmosphäre der Erde anwesend. Der natürliche Überfluss an ist Ihm in natürlich vorkommendem Helium-Benzin 1.38 (1.38 Teile pro Million). Der teilweise Druck von Helium in der Atmosphäre der Erde ist ungefähr 0.52 Papa, und so ist Helium für 5.2 Teile pro Million des Gesamtdrucks (101325 Papa) in der Atmosphäre der Erde verantwortlich, und Er ist so für 7.2 Teile pro Trillion der Atmosphäre verantwortlich. Da die Atmosphäre der Erde eine Masse von ungefähr 5.14 Tonnen, die Masse davon hat, ist Ihm in der Atmosphäre der Erde das Produkt dieser Zahlen oder ungefähr 37,000 Tonnen von Ihm.

Er wird auf der Erde von drei Quellen erzeugt: Lithium spallation, kosmische Strahlen und Beta-Zerfall von Tritium (H). Der Beitrag von kosmischen Strahlen ist innerhalb aller außer den ältesten regolith Materialien unwesentlich, und Lithium spallation Reaktionen ist ein kleinerer Mitwirkender als die Produktion von Ihm durch Alphateilchen-Emissionen.

Die Summe von Helium 3 im Mantel kann im Rahmen 0.1-1 Millionen Tonnen sein. Jedoch ist der grösste Teil des Mantels nicht direkt zugänglich. Etwas Helium 3 Leckstellen durch tiefe-sourced Krisenherd-Vulkane wie diejenigen der hawaiischen Inseln, aber nur 300 Gramme wird pro Jahr zur Atmosphäre ausgestrahlt. Mitte Ozeankämme strahlt weitere 3 Kilogramme pro Jahr aus. Um subduction Zonen erzeugen verschiedene Quellen Helium 3 in Erdgas-Ablagerungen, die vielleicht eintausend Tonnen Helium 3 enthalten (obwohl es fünfundzwanzigtausend Tonnen geben kann, wenn alle alten subduction Zonen solche Ablagerungen haben). Wittenberg hat eingeschätzt, dass crustal USA-Erdgas-Quellen nur eine halbe ganze Tonne haben können. Wittenberg hat die Schätzung von Anderson weiterer 1200 metrischer Tonnen in interplanetarischen Staub-Partikeln auf den Ozeanstöcken zitiert. In der 1994-Studie, Helium 3 von diesen Quellen herausziehend, verbraucht mehr Energie, als Fusion veröffentlichen würde. Wittenberg schreibt auch, dass Förderung von crustal US-Erdgas, zehnmal die von Fusionsreaktionen verfügbare Energie verbraucht.

Außerirdischer Bedarf

Materialien auf der Oberfläche des Monds enthalten Helium 3 bei Konzentrationen auf der Ordnung zwischen 1.4 und 15 ppb in sonnenbeschienenen Gebieten, und können Konzentrationen nicht weniger als 50 ppb in dauerhaft shadowed Gebiete enthalten. Mehrere Leute, mit Gerald Kulcinski 1986 anfangend, haben vorgehabt, den Mond, meiniger Mondregolith zu erforschen und das Helium 3 für die Fusion zu verwenden. Wegen der niedrigen Konzentrationen von Helium 3 würde jede abbauende Ausrüstung äußerst große Beträge von regolith (mehr als 150 Millionen Tonnen von regolith bearbeiten müssen, um eine Tonne Helium 3 zu erhalten), und einige Vorschläge haben darauf hingewiesen, dass Helium 3 Förderung auf eine größere Bergwerks- und Entwicklungsoperation huckepack getragen wird.

Wie man

berichtete, stellte das primäre Ziel der ersten Monduntersuchung der Organisation der Indianerraumforschung genannt Chandrayaan-I, gestartet am 22. Oktober 2008, in einigen Quellen die Oberfläche des Monds für helium-3-containing Minerale kartografisch dar. Jedoch ist das diskutabel; kein solches Ziel wird in der offiziellen Liste des Projektes von Absichten erwähnt, während zur gleichen Zeit viele seiner wissenschaftlichen Nutzlasten helium-3-related Anwendungen bemerkt haben.

Cosmochemist und geochemist Ouyang Ziyuan von der chinesischen Akademie von Wissenschaften, der jetzt für das chinesische Monderforschungsprogramm die Verantwortung trägt, haben bereits bei vielen Gelegenheiten festgestellt, dass eine der Hauptabsichten des Programms das Bergwerk von Helium 3 sein würde, von der Operation "jedes Jahr drei Raumfähre-Missionen genug Brennstoff für alle Menschen überall in der Welt bringen konnten." der eine äußerste Übertreibung jedoch ist, wie eine Nutzlast zu GTO von aktuellen Raumfahrzeugdesigns weniger als 4 Tonnen ist. Genug Brennstoff für alle Menschen überall in der Welt "zu bringen" würde mehr als eine Raumfähre-Last (und die Verarbeitung von 4 Millionen Tonnen von regolith) pro Woche notwendig sein.

Im Januar 2006 hat die russische Raumgesellschaft RKK Energiya bekannt gegeben, dass sie denkt, dass Mondhelium 3 eine potenzielle Wirtschaftsquelle vor 2020 abgebaut wird, wenn Finanzierung gefunden werden kann.

Das Bergwerk von Gasriesen für Helium 3 ist auch vorgeschlagen worden. Der hypothetische Projektdaedalus der britischen Interplanetarischen Gesellschaft interstellares Untersuchungsdesign wurde durch Helium 3 Gruben in der Atmosphäre Jupiters zum Beispiel angetrieben. Der hohe Ernst von Jupiter macht das eine weniger energisch günstige Operation als das Extrahieren von Helium 3 von den anderen Gasriesen des Sonnensystems jedoch.

Energieerzeugung

Eine Annäherung der zweiten Generation an die kontrollierte Fusionsmacht ist mit sich verbindendem Helium 3 (Er) und schwerer Wasserstoff (H) verbunden. Diese Reaktion erzeugt ein Helium 4 Ion (Er) (wie ein Alphateilchen, aber des verschiedenen Ursprungs) und ein energiereiches Proton (positiv beladenes Wasserstoffion) (p). Der wichtigste potenzielle Vorteil dieser Fusionsreaktion für die Energieerzeugung sowie anderen Anwendungen liegt in seiner Vereinbarkeit mit dem Gebrauch von elektrostatischen Feldern, um Kraftstoffionen und die Fusionsprotone zu kontrollieren. Protone, als positiv beladene Partikeln, können direkt in die Elektrizität, durch den Gebrauch von Halbleiterumwandlungsmaterialien sowie anderen Techniken umgewandelt werden. Die potenzielle Umwandlungswirksamkeit von 70 % kann möglich sein, weil es kein Bedürfnis gibt, Protonenenergie umzuwandeln, zu heizen, um einen turbinenangetriebenen elektrischen Generator zu steuern.

Es hat viele Ansprüche über die Fähigkeiten zu Helium 3 Kraftwerke gegeben. Gemäß Befürwortern würden Fusionskraftwerke, die auf schwerem Wasserstoff und Helium 3 funktionieren, niedrigeres Kapital und Betriebskosten anbieten als ihre Mitbewerber wegen weniger technischer Kompliziertheit, höherer Umwandlungsleistungsfähigkeit, kleinerer Größe, der Abwesenheit von radioaktivem Brennstoff, keiner Luft oder Wasserverschmutzung und nur auf niedriger Stufe radioaktiven Müllbeseitigungsvoraussetzungen. Neue Schätzungen weisen darauf hin, dass ungefähr $ 6 Milliarden im Investitionskapital erforderlich sein werden, das erste Helium 3 Fusionskraftwerk zu entwickeln und zu bauen. Die Finanzeinträglichkeit zu heutigen Großhandelselektrizitätspreisen (5 US-Cents pro mit dem Kilowatt stündigen) würde vorkommen, nachdem fünf 1-gigawatt Werke online waren, alte herkömmliche Werke ersetzend oder neue Nachfrage befriedigend.

Die Wirklichkeit ist nicht so klar. Die fortgeschrittensten Fusionsprogramme in der Welt sind Trägheitsbeschränkungsfusion (wie Nationale Zünden-Möglichkeit) und magnetische Beschränkungsfusion (wie ITER und anderer tokamaks). Im Fall vom ersteren gibt es keinen festen Fahrplan zur Energieerzeugung. Im Fall von der letzten, kommerziellen Energieerzeugung wird ungefähr bis 2050 nicht erwartet. In beiden Fällen ist der Typ der besprochenen Fusion am einfachsten: D-T Fusion. Der Grund dafür ist die sehr niedrige Ampere-Sekunde-Barriere für diese Reaktion; für D+He ist die Barriere viel höher, und es ist weil Er - Er noch höher. Die riesigen Kosten von Reaktoren wie ITER und Nationale Zünden-Möglichkeit sind größtenteils wegen ihrer riesigen Größe, noch bis zu höheren Plasmatemperaturen zu klettern, würde Reaktoren viel größer noch verlangen. Das 14.7 Proton von MeV und 3.6 Alphateilchen von MeV von der D-He Fusion, plus die höhere Umwandlungsleistungsfähigkeit, bedeuten, dass mehr Elektrizität pro Kilogramm erhalten wird als mit der D-T Fusion (17.6 MeV), aber nicht so viel mehr. Als eine weitere Kehrseite, die Raten der Reaktion für Helium sind 3 Fusionsreaktionen nicht besonders hoch, einen Reaktor verlangend, der noch oder mehr Reaktoren größer ist, um denselben Betrag der Elektrizität zu erzeugen.

Um zu versuchen, um dieses Problem massiv großer Kraftwerke zu arbeiten, die mit der D-T Fusion ganz zu schweigen von der viel schwierigeren D-He Fusion nicht sogar wirtschaftlich sein können, sind mehrere andere Reaktoren - Fusor, Polygut, Fokus-Fusion und noch viele vorgeschlagen worden, obwohl viele dieser Konzepte grundsätzliche Probleme mit dem Erzielen eines Nettoenergiegewinns haben, und allgemein versuchen, Fusion im Thermalungleichgewicht, etwas zu erreichen, was sich unmöglich, und folglich potenziell erweisen konnte, neigen diese Programme der riskanten Wette dazu Schwierigkeiten zu haben, Finanzierung trotz ihrer niedrigen Budgets zu speichern. Verschieden von den "großen", "heißen" Fusionssystemen, jedoch, wenn solche Systeme arbeiten sollten, konnten sie zur höheren Barriere "aneutronic" Brennstoffe erklettern. Jedoch würden diese Systeme ganz gut klettern, dass ihre Befürworter dazu neigen, p-B Fusion zu fördern, die keine exotischen Brennstoffe wie Helium 3 verlangt.

In der populären Kultur

• Helium 3 wurde im 2009-Sciencefictionsfilm Mond, von der Hauptfigur der Geschichte Sam Bell, dem Bewohner einer abbauenden Station auf der weiten Seite des Monds geerntet.
• Helium 3 wurde im 2012-Sciencefictionsfilmeisenhimmel von Nazis geerntet, die zur dunklen Seite des Monds am Ende des Zweiten Weltkriegs geflohen waren.
• Helium 3 wurde geerntet und hat sich in der Massenwirkungsvideospiel-Reihe für den Gebrauch in "Fusionsfackeln" verfeinert: die primäre kommerzielle Form von starship Trägerraketen.

Zeichen und Verweisungen

Bibliografie

Außenverbindungen

• Der Nobelpreis in der Physik 2003, Präsentationsrede
• Mond zum Verkauf: Ein BBC-Horizont-Dokumentarfilm auf der Möglichkeit des Mondbergwerks von Helium 3