el HELIUM 3

hola portalianos
bueno
el otro dia estaba biendo el
discovery channel
sobre el helium 3 y quede
medio cachuo sobre el tema
asi q lo busque y lo quiero compartir con uds


Helio-3

(HE-3) es una luz, isótopo no radiactivo de helio con dos protones y un neutrón. Es raro en la Tierra, y se solicita para su uso en la investigación de fusión nuclear. La abundancia de helio-3 se piensa que es mayor en la Luna (integrado en la capa superior de regolito por el viento solar durante millones de años) y los gigantes gaseosos del Sistema Solar (restos de la nebulosa solar original), aunque sigue siendo baja en cantidad (28 ppm de regolito lunar es el helio-4 y 0,01 ppm es el helio-3). Se propone para ser utilizado como una segunda fuente de generación de energía de fusión. Tenga en cuenta que todas las desintegraciones de tritio en el helio 3 con sus 12 años de vida medio, incluida la que produce para su uso en lámparas de noche y de las armas nucleares. La irradiación de litio en un reactor nuclear - un reactor de fisión o fusión - puede producir muchos kilogramos de tritio, si lo desea, y el helio 3, después de la decadencia. El Helion, el núcleo de un átomo de helio-3, consta de dos protones, pero sólo un neutrón, en contraste con dos neutrones en el helio ordinario. Su existencia fue propuesta por primera vez en 1934 por el físico nuclear australiano Mark Oliphant durante su carrera en la Universidad de Cambridge Cavendish Laboratory, en un experimento en el que deuterones rápidamente se hicieron reaccionar con otros objetivos de deuterio (la primera demostración de la fusión nuclear). Helio-3, como un isótopo, se postuló para ser radiactivos, hasta helions de que accidentalmente se identificó como una huella "contaminante" en una muestra de helio natural (que es principalmente el helio-4) de un pozo de gas, por Luis W. Alvarez y Robert Cornog en un experimento de un ciclotrón en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en 1939

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Propiedades físicas

Debido a la masa atómica de la menor de helio-3 (3.0160293 UMA), tiene propiedades muy diferentes de helio-4 (4,0026 uma). Debido a la débil-dipolo inducido dipolo entre átomos de helio, sus propiedades físicas están determinadas principalmente por la energía de punto cero (groundstate energía cinética), y la menor masa de helio-3 hace que tenga más energía de punto cero, lo que significa helio - 3 puede superar interacción dipolo-dipolo con la energía térmica menor que el helio-4. Helio-3 se reduce de 3,19 grados Kelvin, en comparación con el helio-4 de 4,23 K, y su punto crítico es también inferior a 3,35 K, en comparación con el helio-4 de 5,19 K. Tiene menos de la mitad de la densidad cuando el líquido en su punto de ebullición: 0,059 g / ml en comparación con el helio-4 de 0,12473 g / ml en una atmósfera. Su calor latente de vaporización es también considerablemente más bajo en 0,026 kJ / mol en comparación con el helio-4 en 0,0829 kJ / mol.


propiedades termodinámicas

Las ecuaciones de estado para 3He están disponibles a lo largo de la línea de equilibrio de vapor-líquido, la línea de equilibrio líquido-sólido, y el líquido comprimido normal y las fases de gas


Reacciones de fusion

Algunos procesos de fusión producen neutrones altamente energéticos que hacen que los componentes radiactivos del reactor a través del continuo bombardeo de los componentes del reactor de neutrones emitidos. Debido a este bombardeo y la irradiación, la generación de energía debe ocurrir de manera indirecta a través de medios térmicos, como en un reactor de fisión. Sin embargo, el atractivo de la fusión del helio-3 se deriva de la naturaleza de sus productos de reacción. Helio-3 en sí no es radiactivo. El único de alta energía por producto, el protón, puede ser contenido mediante campos eléctricos y magnéticos. La energía de impulso de este protones (creado en el proceso de fusión) van a interactuar con el campo electromagnético que contiene, dando como resultado directo de generación neta de electricidad.

Sin embargo, dado que tanto los reactivos deben ser mezclados, a fusible, reacciones secundarias (21H + 21H y 32He + 32He) se producirá, el primero de los cuales no se aneutronic. Por lo tanto, en la práctica, esta reacción es poco probable que alguna vez completamente "limpia", lo que anula parte de su encanto. Asimismo, debido a la barrera más alta de Coulomb, las temperaturas necesarias para 21H + 32He de fusión son mucho mayores que los de 2H convencional + 31H (deuterio + tritio), de la fusión.

Las cantidades de helio-3 necesarios para sustituir los combustibles convencionales no debe ser subestimado. La cantidad total de energía producida en el 21H + 32He reacción es de 18,4 MeV, que corresponde a unos 493 megavatios-hora (4.93x108 W · h) por tres gramos (un mol) de ³ He. Incluso si ese importe total de la energía es convertida en energía eléctrica con una eficiencia del 100% (una imposibilidad física), lo que equivaldría a unos 30 minutos de la salida de un mil megavatios, la producción de un año por la misma planta requeriría unos 17,5 kilogramos de helio-3.

La cantidad de combustible necesario para aplicaciones a gran escala también se puede poner en términos de consumo total: De acuerdo con los EE.UU. Administración de Información Energética, "El consumo de electricidad por 107 millones de hogares de EE.UU. en 2001 totalizaron 1.140 millones de kW h ·" (1.14x1015 W · h). Asumiendo también la eficiencia de conversión del 100%, 6,7 toneladas de helio-3 sería necesaria sólo para ese segmento de la demanda energética de un país, de 15 a 20 toneladas dado un final más realista a la eficiencia de conversión final



La detección de los neutrones


ElHelio-3 es el isótopo más importante en la instrumentación para la detección de neutrones. Tiene una gran sección transversal de absorción de neutrones térmicos vigas y se utiliza como gas de convertidor en los detectores de neutrones. El neutrón se convierte a través de la reacción nuclear

n + 3He → 3H + 1h + 0.764 MeV
las partículas cargadas en el tritio (T, 3H) y protones (p, 1H) que luego se detectan mediante la creación de una nube de carga en el gas de parada de un contador proporcional o un tubo Geiger-Müller.

Además, el proceso de absorción es fuertemente dependiente de spin, que permite un giro de polarización de helio-3 de volumen de transmitir neutrones con un componente de rotación, mientras que la absorción del otro. Este efecto se emplea en el análisis de la polarización de neutrones, una técnica que las sondas de las propiedades magnéticas de la materia

Criogenia

El helio-3 refrigerador utiliza helio-3 para alcanzar las temperaturas de 0,2 a 0,3 grados Kelvin. Un refrigerador de dilución utiliza una mezcla de helio-3 y el helio-4 para llegar a temperaturas criogénicas, precios tan bajos como pocas milésimas de grados Kelvin.

Una propiedad importante de helio-3, que la distingue de la más común de helio-4, es que su núcleo es un fermión ya que contiene un número impar de espín 1 / 2 partículas. Helio-4 núcleos son bosones, que contiene un número par de espín 1 / 2 partículas. Este es un resultado directo de las normas, además de cuantización del momento angular. A bajas temperaturas (alrededor de 2,17 K), el helio-4 se somete a una fase de transición: una fracción de ella entra en una fase de superfluido que pueden ser más o menos entendido como un tipo de condensado de Bose-Einstein. Este mecanismo no está disponible para los átomos de helio-3, que son fermiones. Sin embargo, se especula ampliamente que el helio-3 también puede convertirse en un superfluido a temperaturas mucho más bajas, si los átomos forman en pares análogos a los pares de Cooper en la teoría BCS de la superconductividad. Cada par de Cooper, con spin entero, puede ser considerado como un bosón. Durante la década de 1970, David Lee, Douglas Osheroff y Robert Coleman Richardson descubrió dos transiciones de fase a lo largo de la curva de fusión, que pronto se dio cuenta de que las dos fases de superfluido helio-3. [19] [20] La transición a un superfluido se produce en 2,491 millikelvins en la curva de fusión. Ellos recibieron el Premio Nobel 1996 de Física por su descubrimiento. Tony Leggett 2003 ganó el Premio Nobel de Física por su trabajo en la comprensión de refinación de la fase de superfluido del helio-3.

En el campo magnético cero, hay dos fases distintas superfluido de 3He, la fase A y la B-fase. La fase B es la baja temperatura, baja presión de fase que tiene un déficit de energía isotrópica. La fase A es la temperatura más alta, la fase de mayor presión que está estabilizado por un campo magnético y tiene dos nodos punto en su diferencia. La presencia de dos fases es un claro indicio de que 3He es un superfluido no convencionales (superconductores), ya que la presencia de dos fases requiere una simetría más, aparte de simetría gauge, para ser rotos. De hecho, es un p-superfluido de onda, con spin uno, S = 1, y el momento angular uno, L = 1. El estado fundamental corresponde a un total de cero el momento angular, J = S + L = 0 (suma vectorial). Los estados excitados son posibles con no-cero el momento angular total, J> 0, que se excitan par de modos colectivos. Debido a la extrema pureza de 3He superfluido (ya que todos los materiales, excepto el helio 4 se han solidificado y se hundió hasta el fondo de la 3He líquido y cualquier fase 4He ha separado del todo, este es el más puro estado de la materia condensada), estos modos colectivos se han estudiado con de precisión mucho mayor que en cualquier otro sistema de emparejamiento no convencionales.


Manufactura

Debido a la rareza de helio-3 en la Tierra, que se fabrica en lugar de recuperarse de los depósitos naturales. Helio-3 es un subproducto de la desintegración del tritio, y el tritio puede ser producido por el bombardeo de neutrones de litio, boro, o los objetivos de nitrógeno. Suministro actual de helio-3 son, en parte, por el desmantelamiento de las armas nucleares donde se acumula; [22] aproximadamente 150 kilogramos de que como resultado de la decadencia de la producción de tritio EE.UU. desde 1955, la mayoría de las cuales fue para cabezas nucleares. Sin embargo, la producción y el almacenamiento de grandes cantidades de tritio y el gas es probablemente antieconómico, como el tritio se produce al mismo ritmo como el helio-3, y los tiempos de alrededor de dieciocho años como mucho de las acciones de tritio se requiere la cantidad de helio-3 produce anualmente por caries (índice de producción dN / dt a partir del número de moles o masa otra unidad de tritio N es N γ = ln N 2 / t ½ cuando el valor de t ½ / ln (2) es de unos 18 años; véase el decaimiento radiactivo). Si los reactores de fusión comerciales, debían utilizar el helio-3 como combustible, que se necesitan decenas de toneladas de helio-3 cada año para producir una fracción de la energía del mundo, lo que implica la misma cantidad de la producción de tritio, y 18 veces este tritio total mucho de valores. [24] Mejoramiento tritio con litio-6 consume el neutrón, mientras que la cría con el litio-7 produce un neutrón de baja energía como un reemplazo para el consumo de neutrones rápidos. Tenga en cuenta que cualquier reproducción de tritio en la Tierra requiere el uso de un flujo de neutrones de alta, que los defensores de helio-3 reactores nucleares de la esperanza de evitarla

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Su abundancia

Nebulosa solar (primordial), su abundancia
Una estimación inicial de la relación primordial de 3He en el helio 4 en la nebulosa solar ha sido la medida de su proporción en la atmósfera de Júpiter, medido por el espectrómetro de masa de la sonda Galileo atmosférica entrada. Esta proporción es de aproximadamente 1:10.000 o 100 partes de 3He por millón de partes de helio 4.

3He es una sustancia primordial en el manto de la Tierra, considera que quedan atrapados dentro de la Tierra durante la formación planetaria. La proporción de 3He a 4He dentro de la corteza de la Tierra y el manto es menor que la de los supuestos de la composición del disco solar, como los obtenidos a partir de muestras de meteoritos y la luna, con los materiales terrestres en general, con menores proporciones 3He/4He debido al crecimiento hacia dentro del 4He de desintegración radiactiva.

3He está presente en el manto, en la proporción de 200-300 partes de 3He a un millón de partes de helio 4. Ratios de 3He/4He en exceso de la atmósfera son indicativos de una contribución de 3He del manto. Fuentes de corteza están dominadas por el helio 4, que es producida por la desintegración de elementos radiactivos en la corteza y el manto.

La proporción de helio-3 Helio-4 en la Tierra de la envolvente de fuentes naturales es muy variable. [26] [27] Las muestras de los minerales Espodumena de Edison Mina, Dakota del Sur se encontró que contenía 12 piezas de He-3 a un millón de partes de helio-4. Las muestras de las minas, se mostraron 2 partes por millón [26].

Fuentes de helio está también presente como hasta el 7% de algunas fuentes de gas natural [28], y las grandes tienen más de un 0,5 por ciento (por encima del 0,2 por ciento hace viable para extraer). [29] La producción anual de gas de Argelia que se supone que contienen 100 millones de Nm3 [29] y esto contienen entre 5 y 50 Nm3 de Helio-3 (de 1 a 10 kilogramos) utilizando el rango de abundancia normal de 0,5 a 5 ppm. Asimismo, el 2002 las existencias de los EE.UU. 1 mil millones Nm3 [29], habría que figuran alrededor de 10 a 100 kilogramos de He-3.


Su abundancia en la tierra

3He también está presente en la atmósfera de la Tierra. La abundancia natural de 3He en forma natural el gas helio es de 1,38 × 10-6 (1,38 partes por millón). La presión parcial del helio en la atmósfera de la Tierra es de aproximadamente 4 militorr, y por lo tanto las cuentas de helio de 5,2 partes por millón de la presión total (760 mmHg) en la atmósfera de la Tierra, y por lo tanto 3He representa 7,2 partes por billón de la atmósfera. Dado que la atmósfera de la Tierra tiene una masa de aproximadamente 5,14 toneladas 1015metric x [30], la masa de 3He en la atmósfera de la Tierra es el producto de estos números, o 37.000 toneladas de 3He.

3He se produce en la Tierra de tres fuentes: espalación de litio, los rayos cósmicos, y la desintegración beta de tritio (3H). La contribución de los rayos cósmicos es insignificante en todos excepto los más viejos materiales de regolito, y las reacciones de espalación de litio es un contribuyente menor a la producción de 4He por las emisiones de partículas alfa.


La generación de energía

Un segundo enfoque de la generación de la energía de fusión controlada implica la combinación de helio-3 (32He) y el deuterio (21H). Esta reacción produce un ion de helio-4 (42He) (como una partícula alfa, pero de distinto origen) y de alta energía de protones (con carga positiva de iones de hidrógeno) (11p). La ventaja potencial más importante de esta reacción de fusión para la producción de energía, así como otras aplicaciones radica en su compatibilidad con el uso de los campos electrostáticos para el control de iones de combustible y los protones de fusión. Los protones, partículas con carga positiva, como, se pueden convertir directamente en electricidad, mediante el uso de materiales sólidos de conversión del Estado, así como otras técnicas. Potencial de eficiencia de conversión del 70 por ciento puede ser posible, ya que no hay necesidad de convertir la energía de protones al calor, a fin de impulsar una turbina-generador de motor eléctrico.

Ha habido muchas quejas respecto a la capacidad de Helio-3 plantas de energía. Según sus promotores, las centrales que operan en la fusión de deuterio y helio-3 se ofrecen menores costos de capital y de explotación que sus competidores debido a su complejidad técnica menos, una mayor eficiencia de conversión, de menor tamaño, la falta de combustible radiactivo, sin el aire o el agua, y sólo radiactivos de bajo nivel de los requisitos de eliminación de residuos. Estimaciones recientes sugieren que cerca de $ 6 mil millones en capital de inversión se requiere para desarrollar y construir el helio-3 primera planta de energía de fusión. Punto de equilibrio financiero a precios de mayorista de la electricidad de hoy (5 centavos de dólar EE.UU. por kilovatio-hora) se producen después de cinco plantas 1-gigavatios estaban en línea, en sustitución de antiguas centrales convencionales o reunión de la nueva demanda.

La realidad no es tan pulcro. Los programas de fusión más avanzados del mundo son la fusión por confinamiento inercial (como el National Ignition Facility) y la fusión por confinamiento magnético (como el tokamak ITER y otros). En el caso de la primera, no hay ninguna hoja de ruta sólida para la generación de energía. En el caso de este último, la generación de energía comercial no se espera hasta el año 2050. [49] En ambos casos, el tipo de fusión discutido es la más simple: la fusión DT. La razón de esto es la barrera de Coulomb muy bajo para esta reacción, porque D + He-3, la barrera es mucho mayor, y él-3-He-3 aún mayor. El inmenso costo de los reactores como el ITER y el National Ignition Facility son en gran parte debido a su gran tamaño, sin embargo, para ampliar a las altas temperaturas que requieren los reactores de plasma mucho más grande aún. El 14,7 MeV protones y partículas alfa de 3,6 MeV de D-He-3 de la fusión, además de la mayor eficiencia de conversión, significa que más de la electricidad se obtiene por kilogramo que con la fusión DT (17,6 MeV), pero no mucho más. Como un aspecto negativo aún, las tasas de reacción para He-3 reacciones de fusión no son especialmente elevados, lo que requiere un reactor que es más grande o más aún los reactores para producir la misma cantidad de electricidad.

Para intentar evitar este problema masivo de grandes centrales eléctricas que ni siquiera puede ser económico con la fusión DT, y mucho menos el más difícil D-He-3 de la fusión, una serie de reactores se han propuesto otras - la Fusor, Polywell, Focus de fusión, y muchos más. Por lo general intento de lograr la fusión en desequilibrio térmico, algo que podría resultar imposible, [50] y, en consecuencia, estos programas a largo disparo tienden a tener problemas obteniendo financiación a pesar de sus bajos presupuestos. A diferencia de los "grandes", "caliente" sistemas de fusión, sin embargo, si tales sistemas iban a trabajar, se podría ampliar a la barrera más alta "aneutronic" combustibles. Sin embargo, estos sistemas a escala muy bien que sus defensores tienden a promover la fusión pB, que no requiere de combustibles exóticos como el He-3.


foto polarizada del HELIO 3

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bueno ese es mi "PEQUEÑO APORTE"
y eso
un poco de credibilidad no cuesta nada
:esquiando: