氦3可以用来做什么?
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2013-09-23
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在自然界,存在着3He和4He两种同位素。4He的原子核有两个质子和两个中子,称为玻色子;而3He只有一个中子,称为费米子。20年代30年代末期,卡皮查发现4He的超流动性。朗道从理论上解释了这种现象,他认为当温度在绝对温度2.17K时,4He原子发生玻色爱因斯坦凝聚,成为超流体,而像3He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚,所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论(BCS理论)的提出使得人们认为在极低温度下3He也可能会形成超流体。但是人们一直未能在实验上发现3He的超流动性。20世纪70年代,戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了3He的超流动性,不久,其它的研究小组也证实了他们的发现。
3He超流体的发现在天体物理学上有着奇特的应用。人们使用相变产生的3He超流体来验证关于在宇宙中如何形成所谓宇宙弦的理论。研究小组用中微子引起的核反应局部快速加热超流体3He,当它们重新冷却后,会形成一些涡旋球。这些涡旋球就相当于宇宙弦。这个结果虽然不能作为宇宙弦存在的证据,但是可以认为是对3He流体涡旋形成的理论的验证。3He超流体的发现不仅对凝聚态物理的研究起了推动作用,而且在此发现过程中所使用的核磁共振的方法,开创了用核磁共振技术进行断层检验的先河,今天核磁共振断层检验已发展成为医疗诊断的普遍手段。
月球是解决地球能源危机的理想之地,“氦3”是一种目前已被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。根据科学统计表明,10吨氦3就能满足我国全国一年所有的能源需求,100吨氦3便能提供全世界使用一年的能源总量。但氦3在地球上的蕴藏量很少,目前人类已知的容易取用的氦3全球仅有500千克左右。而根据人类已得出的初步探测结果表明,月球地壳的浅层内竟含有上百万吨氦3。如此丰富的核燃料,足够地球人使用上万年。我国探月工程的一项重要计划,就是对月球氦3含量和分布进行一次由空间到实地的详细勘察,为人类未来利用月球核能奠定坚实的基础。
我国的探月计划中,有一件事情是外国从未涉足的:我国计划测量月球的土壤层到底有多厚,这对于我们计算月球氦3含量意义重大,如果工程顺利,我们估算氦3的资源含量可能要比前人前进一步。最后,我们将研究地月空间环境,这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。
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我国的探月计划中,有一件事情是外国从未涉足的:我国计划测量月球的土壤层到底有多厚,这对于我们计算月球氦3含量意义重大,如果工程顺利,我们估算氦3的资源含量可能要比前人前进一步。最后,我们将研究地月空间环境,这对于地球环境和人类社会的发展都是至关重要的。
四川中测贝格
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