Helyum-3

Helyum-3, ³He

Genel
Sembol	3He
İsimler	helyum-3, 3He, HeHe-3, tralphium (eski)
Protonlar (Z)	2
Nötronlar (N)	1
Nüklit verileri
Doğal bolluk	0,000137 (Dünya'da % He) 0,001% (Güneş Sisteminde % He)
Yarılanma süresi (t1/2)	kararlı
İzotop kütlesi	3,0160293 Da
Spin	1⁄2
Ana izotoplar	3H (Trityumun beta bozunması)
Helyum izotopları

Helyum 3, Helyum soygazının radyoaktif olmayan daha hafif bir izotopudur. Helyum 3 çekirdeğinde (helion) iki proton ve bir nötron bulunur. Helyum 4 çekirdeği alfa parçacığı olarak adlandırılır. Alfa parçacığında iki nötron bulunurken, helionda bir nötron bulunur. Helionun ağırlığı 5.006 412 14 (86) × 10-27 kg'dır. Bu parçacığı bulan bilim insanı Avustralyalı çekirdeksel doğabilimci Mark Oliphant'tır.

Dünya'da çok az bulunan bu izotop; nükleer araştırmaların sonucunda bulunmuştur. Özellikle füzyon (çekirdeksel kaynaşma) araştırmalarında kullanılır. Ay yüzeyinde bolca bulunduğu tahmin edilmektedir (Ay yüzeyindeki toprakta bolca bulunmasının sebebi; milyarlarca yıldır ay yüzeyini döven güneş rüzgarları, güneş sistemini oluşturan nebuladan artakalanlar ve meteor çarpmalarıdır). Helyum 4'ün bulunma oranı ile karşılaştırıldığında çok az miktarda Helyum 3 güneş sisteminde bulunur (He4: 28 ppm He3: 0,01 ppm).

Çekirdek birleşmesi tepkimesi

Helyum 3 izotopu nötron ışımayan füzyon reaksiyonuna girer. Diğerleri gibi görülse de, bu reaksiyon en güvenilir enerji reaksiyonudur.

D + 3He → 4He (3,7 MeV) + p (14,7 MeV)

Bu reaksiyonda Helyum 3'ün reaksiyona girme isteği, reaksiyon ürünlerinden gelir. Bu reaksiyon için reaktörde hızlandırılmış nötronlar kullanılmalıdır, bombardıman edilmelidir. Enerji üretimi için en çok tavsiye edilen bu yöntem ile ısı elde edilir. Helyum 3'ü reaktörde kullanılan diğer yakıtlarla kıyaslarsak, bu izotop radyoaktif değildir. Açığa yalnızca yüksek enerjili proton çıkar. bu proton bile elektrik ve manyetik alanlarda direkt elektrik üretimine katılabilir.

Lakin, bu reaksiyonun oluşması için ilk önce geleneksel yollarla reaksiyon başlatılmalıdır. Çünkü reaksiyon ısısına ancak bu yolla ulaşılabilir. D + trityum füzyonundan daha fazla ısı gerektirir. Geleneksel yöntemler açığa nötron çıkarırlar. Bu nedenledir ki, bu işlem tam anlamıyla temiz değildir.

Yakıt olarak kullanılacak ve geleneksel yöntemlerin yerini alacak olan helyum He-3 miktarı azımsanmamalıdır. 1 mol He-3'ten üretilen enerji miktarı (takribi 3 gram) 493 MWh (4,93e8 Wh)'tir. Hatta bu enerjinin % 100'ü elektrik enerjisine çevirilebilir. Çıkan enerji 1000 megawatt saatlik bir santralin 30 dakikalık üretimine denk gelir. Bir yıllık üretimi göz önüne alırsak 1000 kilowatt saatlik bir santral yaklaşık 17,5 kilogram Helyum-3'e ihtiyaç duyar. Bunu elektriğin evlere taşınmasında oluşan %30 kaçağıda hesaplayarak koyarsak, tahmini miktar 1/3-2/3 oranında artacaktır.

Geniş ölçekte ihtiyaç duyulan yakıt miktarı toplam tüketim miktarları ortaya konularak şu şekil verilebilir; ABD Enerji Bilgi Yönetimi rakamlarına göre ABD'de 107 milyon evde 2001 senesine göre 1,140 milyar kWh elektrik tüketimi vardır. He-3 % 100 verimle çalıştığını ortaya koyarak hesaplarsak, bu büyüklükteki bir ülkenin ihtiyacını karşılamak için 6,7 ton He-3'e gerek vardır. Daha gerçekçi (kayıplarla birlikte) hesaplara göre ise 15-20 ton He-3'e ihtiyaç vardır.