افتح القائمة الرئيسية

هيليوم-3 (3He) عبارة عن نظير غير مشع للهيليوم، له نواة تتألف من بروتونين اثنين ونيوترون واحد. تدعى نواة النظير هيليوم-3 باسم هيليون.

محتويات

التاريخعدل

قبل أن يكتشف افترض وجود الهيليون، نواة النظير هيليوم-3، وذلك عام 1934 من قبل عالم الفيزياء النووية مارك أوليفانت عندما كان يعمل في مختبرات كافندش في جامعة كامبريدج، وذلك أثناء قيامه بتجارب قذف الديوتيريوم بنوى ديوتيريوم مسرّعة.[1]

اعتقد في البداية أن هيليوم-3 عبارة عن نظير مشع حتى جرى اكتشافه ضمن عينات الهيليوم الطبيعي المأخوذة من الغلاف الجوي الأرضي ومن آبار الغاز الطبيعي وذلك من قبل لويس ألفاريز Luis Walter Alvarez و روبرت كورنوغ Robert Cornog في تجاربهما على المسرع الدوراني في مختبرات لورنس بيركلي الوطنية في كاليفورنيا عام 1939.[2]

الوفرةعدل

يعد هذا النظير نادر الوجود على الأرض حيث أن الوفرة الطبيعية له تعادل 0.000137% من الهيليوم، إذ أن الهيليوم يوجد غالباً على الشكل هيليوم-4.

يعتقد أن وفرة هذا النظير في الكون تفوق نسبياً ما هي على الأرض، على سبيل المثال، إن الحطام الصخري على سطح القمر يحوي كميات من الهيليوم-3 تشكلت بعد الانفجار العظيم وحملتها الرياح الشمسية عبر بلايين السنين.[3] رغم ذلك، فإن كمية النظير هيليوم-3 تبقى أقل منها من النظير هيليوم-4 (28 جزء من المليون في الحطام الصخري للقمر مقابل 1-50 جزء من البليون بالنسبة للهيليوم-3).[4] على العموم، تبقى هذه الكمية أقل منها ما هي في باقي أجرام النظام الشمسي مثل العماليق الغازية.

الخصائص الفيزيائيةعدل

يغلي الهيليوم-3 عند 3.19 كلفن مقارنة مع 4.23 كلفن للهيليوم-4، والنقطة الحرجة له أقل من 3.35 كلفن مقارنة مع 5.2 للهيليوم-4. للهيليوم-3 كثافة أقل من نصف كثافة الهيليوم-4 عند نقطة الغليان، 59 غرام على الليتر مقارنة مع 125 غرام على الليتر عند ضغط مقداره 1 جو. بشكل مماثل فإن حرارة التبخر الكامنة للهيليوم-3 أقل بشكل كبير من نظيرتها للهيليوم-4، 0.026 كيلوجول لكل مول و 0.0829 كيلوجول لكل مول على الترتيب.[5]

إن مزيج من كميتين متساويين من 3He و 4He السائل تحت 0.8 كلفن سينفصل إلى طبقتين غير مزوجتين وذلك نتيجة لتباين الإحصاءات الكمومية quantum statistics لهما، حيث أن 4He عبارة عن بوزون في حين أن 3He فرميون.[6] يستفاد من خاصة عدم امتزاج هذين النظيرين في ثلاجة التمديد (Dilution refrigerator) حيث يمكن استخدام هذا التطبيق للحصول على درجات حرارة بحدود بضعة ميلي كلفن.[7]

الاستخداماتعدل

يستخدم الهيليوم-3 في تجهيز كاشف النيوترون حيث أن مقطعه العرضي للامتصاص مرتفع لحزمة النيوترونات. يحول النيوترون من خلال التفاعل النووي إلى التريتيوم والبروتيوم:

n + 3He → 3H + 1H + 0.764 MeV

المراجععدل

  1. ^ Oliphant، M. L. E.; Harteck, P.; Rutherford, E. (1934). "Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen". Proceedings of the Royal Society A. 144 (853): 692–703. Bibcode:1934RSPSA.144..692O. JSTOR 2935553. doi:10.1098/rspa.1934.0077.  Cite uses deprecated parameter |coauthors= (مساعدة)
  2. ^ "Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error". Newsmagazine Publication. 1981. مؤرشف من الأصل في 10 مايو 2017. اطلع عليه بتاريخ 01 سبتمبر 2009. 
  3. ^ Fa WenZhe & Jin YaQiu (December 2010). "Global inventory of Helium-3 in lunar regoliths estimated by a multi-channel microwave radiometer on the Chang-E 1 lunar satellite". مؤرشف من الأصل في 11 أكتوبر 2017. 
  4. ^ Cocks, F. H. (2010). "3He in permanently shadowed lunar polar surfaces". Icarus. 206 (2): 778–779. Bibcode:2010Icar..206..778C. doi:10.1016/j.icarus.2009.12.032. 
  5. ^ Teragon's Summary of Cryogen Properties Teragon Research, 2005 نسخة محفوظة 09 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.
  6. ^ The Encyclopedia of the Chemical Elements. صفحة 264. 
  7. ^ Dilution Refrigeration. cern.ch