標籤: 暫無標籤

氦-3 (He-3) 無色,無味,無臭穩定的氦氣同位素氣體,儲存於氣瓶中的高壓氣體,天然氦-3含量是1.38x10-6。當其含量增加導致氧氣含量低於19.5%時有可能引起窒息。配備自吸式呼吸面具。 分子量 3.01603 標準體積 6.032 m3/kg @NTP 沸點 -452°F(-270°C) @1 atm

1未來能源

氦-3的提取是一個極其複雜的過程。人們首先需要將月球土壤加熱到700攝氏度以上,才可以從中提取到氦-3。開發、運送月球上的能源也有很多難題需要解決。比如,需實現月球和地球之間的人、貨運輸,首先要有足夠大推力的運載火箭。另外,要在沒有大氣包裹的月球表面著陸,主要只能靠反推火箭來緩衝,如何保障安全是一大難題。此外,氦-3提取成功后如何利用呢?這同樣是一個技術難題。
因為使用氦-3的熱核反應堆中沒有中子(氦-3與氘進行熱核反應只會產生沒有放射性的質子),故使用氦-3作為能源時不會產生輻射,不會為環境帶來危害。但是因為地球上的氦-3儲量稀少,無法大量用作能源。幸好,根據月球探測的結果,月球上的氦-3含量估計約100萬噸以上。
100噸氦-3便能提供全世界使一年的能源總量。

2氦-3的作用

月球上氦3分布圖

  月球上氦3分布圖

進入到21世紀,新一輪的登月執法卻再次席捲全球,其中有一個很重要的原因,是為人類社會的持續發展尋找新的能源。在一部非常著名的科幻電影《月球》中,我們看到了月球上的氦-3採集基地。月球上的採集員常駐月球採集氦-3,定期把氦-3送回地球,在那一時期,氦-3已經成了地球重要的能源。月球上氦-3含量豐富,但是月球上的氦-3真的可以為我們所用嗎?
隨著世界石油價格的持續飛漲,越來越多的國家和組織開始把目光轉向了月球,各國科學家正圍繞月球上氦-3的儲量、採掘、提純、運輸及月球環境保護等問題悄然開展相關研究。這種在地球上很難得到的特別清潔、安全和高效的核聚變發電燃料,被科學家們稱為「完美能源」。也許在未來的某一天,月球將會猶如1世紀中葉的波斯灣。

3危險

不燃燒氣體
氦—3

  氦—3

氣瓶材質
鐵合金,鋁
DOT 標籤
Green, Nonflammable Gas
安全資料
無毒,會導致窒息。
DOT 危險等級
2.2
UN No. UN 1046
CAS No. 7440-59-7

4發現

1996年,戴維·李(David M. Lee, 1931~ )、道格拉斯·奧謝羅夫(Douglas D. Osheroff, 1945~)和羅伯特·理查森(Richard C. Richardson, 1937~ )因發現了氦-3(3He)中的超流動性,共同分享了1996年度的諾貝爾物理學獎。

5具體介紹

在自然界,存在著3He和4He兩種同位素。4He的原子核有兩個質子和兩個中子,稱為玻色子;而3He只有一個中子,稱為費米子。20世紀30年代末期,卡皮查發現4He的超流動性。朗
氦氣

  氦氣

道從理論上解釋了這種現象,他認為當溫度在絕對溫度2.17K時,4He原子發生玻色愛因斯坦凝聚,成為超流體,而像3He這樣的費米子即使在最低能量下也不能發生凝聚,所以不可能發生超流動現象。金屬的超導理論(BCS理論)的提出使得人們認為在極低溫度下3He也可能會形成超流體。但是人們一直未能在實驗上發現3He的超流動性。20世紀70年代,戴維·李領導的康奈爾低溫小組首次發現了3He的超流動性,不久,其它的研究小組也證實了他們的發現。
3He超流體的發現在天體物理學上有著奇特的應用。人們使用相變產生的3He超流體來驗證關於在宇宙中如何形成所謂宇宙弦的理論。研究小組用中微子引起的核反應局部快速加熱超流體3He,當它們重新冷卻后,會形成一些渦旋球。這些渦旋球就相當於宇宙弦。這個結果雖然不能作為宇宙弦存在的證據,但是可以認為是對3He流體渦旋形成的理論的驗證。3He超流體的發現不僅對凝聚態物理的研究起了推動作用,而且在此發現過程中所使用的核磁共振的方法,開創了用核磁共振技術進行斷層檢驗的先河,今天核磁共振斷層檢驗已發展成為醫療診斷的普遍手段。

6應用前景

氦-3的巨大應用前景以及登月計劃
月球是解決地球能源危機的理想之地,「氦-3」是一種目前已被世界公認的高效、清潔、安全、廉價的核聚變發電燃料。根據科學統計表明,10噸氦-3就能滿足中國全國一年所有的能源需求,100噸氦-3便能提供全世界使用一年的能源總量。但氦-3在地球上的蘊藏量很少,目前人類已知的容易取用的氦-3全球僅有500千克左右。而根據人類已得出的初步探測結果表明,月球地殼的淺層內竟含有上百萬噸氦-3。如此豐富的核燃料,足夠地球人使用上萬年。中國探月工程的一項重要計劃,就是對月球氦-3含量和分佈進行一次由空間到實地的詳細勘察,為人類未來利用月球核能奠定堅實的基礎 。
中國的探月計劃中,有一件事情是外國從未涉足的:中國計劃測量月球的土壤層到底有多厚,這對於我們計算月球氦-3含量意義重大,如果工程順利,我們估算氦-3的資源含量可能要比前人前進一步。最後,我們將研究地月空間環境,這對於地球環境和人類社會的發展都是至關重要的。

7未來新能源

① 氦-3是一種清潔、安全和高效率的核融合發電燃料。開發利用月球土壤中的氦-3將是解決人類能源危機的極具潛力的途徑之一。
② 氦-3是氦的同位素,含有兩個質子和一個中子。它有許多特殊的性質。根據稀釋製冷理論,當氦-3和氦-4以一定的比例相混合后,溫度可以降低到無限接近絕對零度。在溫度達到2.18k以下的時候,液體狀態的氦-3還會出現「超流」現象,即沒有黏滯性,它甚至可以從盛放它的杯子中「爬」出去。然而,當前氦-3最被人重視的特性還是它作為能源的潛力。氦-3可以和氫的同位素髮生核聚變反應,但是與一般的核聚變反應不同,氦-3在聚變過程中不產生中子,所以放射性小,而且反應過程易於控制,既環保又安全,但是地球上氦-3的儲量總共不超過幾百公斤,難以滿足人類的需要。科學家發現,雖然地球上氦-3的儲量非常少,但是在月球上,它的儲量卻是非常可觀的。
③ 氦大部分集中在顆粒小於50微米的富含鈦鐵礦的月壤中。估計整個月球可提供71.5萬噸氦-3。這些氦-3所能產生的電能,相當於1985年美國發電量的4萬倍,考慮到月壤的開採、排氣、同位素分離和運回地球的成本,氦-3的能源償還比估計可達250。這個償還比和鈾235生產核燃料(償還比約20)及地球上煤礦開採(償還比不到16)相比,是相當有利的。此外,從月壤中提取1噸氦-3,還可以得到約6300噸的氫、70噸的氮和1600噸碳。這些副產品對維持月球永久基地來說,也是必要的。俄羅斯科學家加利莫夫認為,每年人類只需發射2到3艘載重100噸的宇宙飛船,從月球上運回的氦-3即可供全人類作為替代能源使用1年,而它的運輸費用只相當於目前核能發電的幾十分之一。據加利莫夫介紹,如果人類目前就開始著手實施從月球開採氦-3的計劃,大約30年到40年後,人類將實現月球氦-3的實地開採並將其運回地面,該計劃總似的費用將在2500億到3000億美元之間。

8分離方法

氦-3等同位素氣體的分離主要方法有氣體擴散法離子交換法、氣體離心法,另外還有蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等,其中以氣體擴散法最成熟。「濃縮」的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分離過程,例如從天然鈾生產濃縮鈾或從普通水生產重水。
氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級,當高壓氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時,其輕分子氣體的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨後被泵送到下一級,而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環。在每一級中,濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235丰度需要1000級以上。
氣體離心法——在這類工藝中,氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒,或離心機。同位素重分子氣體比輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出,並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機,其同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比,氣體離心法所需的電能要小很多,因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。
上一篇[狗吠不驚]    下一篇 [狗惡酒酸]

相關評論

同義詞:暫無同義詞