هيليوم-3
| صنف فرعي من | |
|---|---|
| الكتلة | |
| الصيغة الكيميائية |
He[1]  |
| محددات بنود الإدخال الخطية النصية الجزيئية المبسطة القانونية (SMILES) |
[He][1] |
| تصاوغ محددات الإدخال الخطي النصي الجزيئي المبسط (iso-SMILES) |
[3He][1] |
| العدد الذري |
2 |
| عدد النيوترونات |
1 |
| التكافؤ |
1[3] |
| العدد الكمي اللفي |
0٫5[3] |
| زيادة الكتلة |
14٬931٫21793 كيلو إلكترون فولت[2] |
| طاقة الربط |
7٬718٫04 كيلو إلكترون فولت[2] |
| التوافر الطبيعي |
0[4] |
هيليوم-3 (3He) عبارة عن نظير غير مشع للهيليوم، له نواة تتألف من بروتونين اثنين ونيوترون واحد. تدعى نواة النظير هيليوم-3 باسم هيليون.
التاريخ
[عدل]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.[5]
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.[6]
الوفرة
[عدل]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.[7] 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).[8] على العموم، تبقى هذه الكمية أقل منها ما هي في باقي أجرام النظام الشمسي مثل العماليق الغازية.
الخصائص الفيزيائية
[عدل]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.[9]
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.[10] 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.[11]
الاستخدامات
[عدل]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
المراجع
[عدل]- ^ ا ب ج د مذكور في: قاعدة البيانات الكيمياء العامة. مُعرِّف مُركَّب في قاعدة البيانات الكيمياء العامة (PubChem CID): 6857639. لغة العمل أو لغة الاسم: الإنجليزية. العنوان: Helium-3. الوصول: 18 نوفمبر 2016.
- ^ ا ب ج Filip G. Kondev (Mar 2017). "The AME2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures" (بالإنجليزية). p. 030002. Retrieved 2017-03-01.
- ^ ا ب "NuDat". اطلع عليه بتاريخ 2016-06-23.
- ^ "NuDat". اطلع عليه بتاريخ 2015-12-10.
- ^ Oliphant، M. L. E. (1934). "Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen". Proceedings of the Royal Society A. ج. 144 ع. 853: 692–703. Bibcode:1934RSPSA.144..692O. DOI:10.1098/rspa.1934.0077. JSTOR:2935553.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط author-name-list parameters تكرر أكثر من مرة (مساعدة) - ^ "Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error". Newsmagazine Publication. 1981. مؤرشف من الأصل في 2017-05-10. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-01.
- ^ Fa WenZhe & Jin YaQiu (ديسمبر 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 2017-10-11.
- ^ Cocks, F. H. (2010). "3He in permanently shadowed lunar polar surfaces". Icarus. ج. 206 ع. 2: 778–779. Bibcode:2010Icar..206..778C. DOI:10.1016/j.icarus.2009.12.032.
- ^ Teragon's Summary of Cryogen Properties Teragon Research, 2005 نسخة محفوظة 09 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.
- ^ The Encyclopedia of the Chemical Elements. ص. 264.
- ^ Dilution Refrigeration. cern.ch نسخة محفوظة 22 مارس 2020 على موقع واي باك مشين.
