Зміст:
Гелий-3, свойства, получение и применение
Гелий-3, 3 He является редким изотопом. Он имеет перспективное применение в будущем в качестве топлива в термоядерных реакторах.
Гелий-3:
Гелий-3 – более легкий из двух стабильных изотопов гелия. Химическая формула гелия-3 – 3 He.
Ядро гелия-3 (гелион) состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от гелия -4 ( 4 He), имеющего в составе два протона и два нейтрона. Вокруг ядра гелия-3 вращаются два электрона.
Последний ( 4 He) является более распространенным: на него, собственно, приходятся 99,999863 % гелия на Земле. На гелий-3 ( 3 He) приходится 0,000137(3) % гелия на Земле.
Гелий-3 как частица относится к фермионам, т.к. имеет полуцелый спин.
Гелий-3 в основном содержится в атмосфере Земли, в природном газе (до 0,5%), а также в мантии планеты. Общее количество гелия-3 в атмосфере Земли оценивается порядка в 35 000 тонн.
На Солнце и в атмосферах планет-гигантов гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли.
Свойства гелия-3:
| Наименование характеристики: | Значение: |
| Атомная масса, а. е. м. | 3,0160293191(26) |
| Дефект массы, кэВ | 14 931,2148(24) |
| Удельная энергия связи (на нуклон), кэВ | 2 572,681(1) |
| Изотопная распространённость, % | 0,000137(3) |
| Период полураспада | стабильный |
| Спин и чётность ядра | 1/2 + |
| Момент импульса | 1/2 |
| Плотность жидкого 3 He при температуре кипения и нормальном давлении (101 325 Па), г/л | 59 |
| Плотность газообразного 3 He при нормальных условиях (T = 273,15 K = 0 °C, P = 101 325 Па), г/л | 0,1346 |
| Температура кипения, К | 3,19 |
| Критическая точка, К | 3,35 |
| Удельная теплота испарения, Дж/моль | 26 |
| Объем одного грамма 3 He при нормальных условиях (T = 273,15 K = 0 °C, P = 101 325 Па), литров | 7,43 |
| Сверхтекучее состояние | при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм. |
Получение гелия-3:
В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников.
Его получают при распаде искусственно созданного трития, бомбардируя нейтронами литий-6 в ядерном реакторе. Таким способом можно можно получать до 18 кг гелия-3 в год.
Ввиду с растущей нехваткой гелия-3 рассматриваются такие экономически нецелесообразные возможности его производства, как получение в водных ядерных реакторах, выделение из продуктов работы тяжеловодных ядерных реакторов, производство трития или гелия-3 на ускорителях частиц, экстракция естественного гелия-3 из природного газа или атмосферы .
Существует также современная идея добычи гелия-3 на Луне , где его находится миллионы тонн в лунном грунте – реголите. Тонна лунного грунта (в тончайшем приповерхностном слое) содержит порядка 0,01 г гелия-3 и 28 г гелия-4. Данная изотопная распространенность гелия-3 на Луне (~0,043 %) значительно выше, чем в земной атмосфере . В лунном грунте гелий-3 накопился в течение многих лет за счет облучения поверхности Луны солнечным ветром , в котором он содержится. Для извлечения гелия-3 из лунного грунта последний необходимо нагреть до нескольких сотен градусов Цельсия.
Применение гелия-3:
– для наполнения газовых счетчиков-детекторов нейтронов,
– в научных лабораториях для получения сверхнизких милликельвиновых температур (около 0,02 К) путем растворения жидкого гелия-3 в гелии-4,
– как термоядерное топливо в термоядерном реакторе (в будущем).
Гелий-3 как топливо в термоядерном реакторе:
Гелий-3 является отличным сырьем для протекания реакции термоядерного синтеза, в отличии от реакций ядерного распада. К сожалению, термоядерный реактор на основе гелия-3 является предметом научных разработок и его появление не ожидается в ближайшем будущем.
Ядерная реакция с гелием-3 выглядит следующим образом:
3 He + 3 He → 4 He + 2p + 12,8 МэВ,
3 He + D → 4 He + p + 8,35 МэВ,
где D – дейтерий, p – протон.
В результате данной термоядерной реакции образуется стабильный изотоп гелия-4 ( 4 He), протон и большое количество энергии. В то время как в ходе ядерной реакции распада образуются нейтроны, которые глубоко проникают в окружающие конструкционные материалы, делают их радиоактивными и разрушают их. В итоге такие материалы необходимо периодически (через несколько лет) захоранивать и заменять новыми. Протоны, которые образуются в результате реакции термоядерного синтеза с участием гелия-3, наоборот, глубоко не проникают в окружающие материалы и не наводят радиоактивность. Поэтому такие материалы и конструкции могут служить десятилетиями.
В целом вышеописанная реакция сопровождается радиацией, но она (реакция) в 50 раз менее радиоактивна, чем термоядерная реакция, например, дейтерия с тритием.
Ядерная реакция дейтерия с тритием описывается следующим образом:
2 H + 3 H → 4 He + n + 17,6 МэВ,
где 2 H – дейтерий, 3 H – тритий, n – нейтрон.
Недостатком реакции дейтерия с тритием является то, что тритий сам по себе сильно радиоактивен. Во-вторых, в ходе такой реакции возникает сильное нейтронное излучение.
Энергетическая эффективность гелия-3 как топлива в термоядерном синтезе весьма огромна. Так, 1 тонна гелия-3 заменяет порядка 15-20 миллионов тонн нефти . Ежегодная потребность России в гелии-3 составляет порядка 20-30 тонн, а всего человечества – 200 тонн.
Преимущества гелия-3 как топлива:
– это экологически чистое термоядерное топливо , сам по себе гелий-3 нерадиоактивен и его хранение не требует особых мер предосторожности,
– высокая энергетическая эффективность,
– вместо нейтронов реактор на гелии-3 излучает протоны, которые в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе,
– кинетическая энергия протонов напрямую преобразуется в электричество за счет твердотельного преобразования,
– реактор на основе гелия-3 имеет более низкие эксплуатационные затраты, чем традиционный,
– при аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
реакция дейтерий сверхтекучий жидкий синтез газ гелий 3 на луне википедия на земле образуется на солнце добыча купить
содержание формула изотоп запасы реакции синтеза масса ядра добыча плотность гелия 3 в гелии цена на луне применение
Навіщо живій клітині потрібен кисень?
Щоденно людина вдихає приблизно 17 тис. разів. Здається, що цей процес дуже простий, та насправді все набагато складніше. У людському тілі знаходиться багато клітин. Кожна з них потребує кисню, оскільки він є основним елементом клітинного дихання, з якого все й починається. В результаті клітинного дихання утворюється молекула АТФ. Вона, в свою чергу, забезпечує клітини енергією, яку ті використовують для виконання своїх функцій. Потім починається доставляння кисню в організм, що є дуже складною роботою. Для того щоб кисень дістався до кожної клітини тіла, йому потрібна так звана транспортна мережа. «Подорож» кисню по людському організму та різних клітинах починається з кишечника. Під час вдиху у людини працюють легені, кишечник, серце, кров і навіть кістки. Кожна клітина під час вдиху й видиху несамовито працює, але вони перші елементи живого організму, що потребують кисню.
Урок “Навіщо потрібен скелет” (3 клас)
Мета: з’ясувати навіщо потрібен скелет (значення опорно-рухової системи); ознайомити з будовою скелета; формувати вміння подавати інформацію в таблиці; розвивати вміння працювати в групі, оцінювати свій внесок у роботу групи.
Тип уроку: засвоєння нових знань.
Обладнання й матеріали: мультимедійна дошка, презентація до уроку, інтерактивна вправа в онлайн-сервісі LearningApps,
– розрізняє окремі системи органів людина за їхніми функціями та пояснює їх значення [4 ПРО 1-4.3-8];
– застосовує предметні моделі, малюнки, схеми, графіки, тексти для пояснення явищ і об’єктів природи [4 ПРО -2.2-1];
– узагальнює, систематизує класифікує інформацію з тексту у вигляді таблиць, схем [4 МОВ 2-2.6-3];
Критерії для самооцінювання.
Я знаю, з яких частин складається скелет (будову скелета). З чого складається скелет
Я можу показати частини скелету в себе.
Я можу пояснити навіщо потрібен скелет.
Я вчуся фіксувати інформацію з тексту у таблицях.
Ранкова зустріч
* Привітання
Об’єднатися в групи. Привітати однокласників, сказати побажання. Вправа «Незакінчене речення»
Я усім бажаю (здоров’я, успіхів, щастя, дружної роботи, дізнатися щось нове, цікавих уроків, веселих перерв, …)
* Щоденні новини
Повідомлення дня тижня, числа, місяця, стану погоди.
* Групове заняття.
1. Актуалізація знань про органи і системи органів.
(Система органів – це органи, які виконують спільну роботу)
– Пригадайте, які системи органів ви знаєте
2. Інтерактивна вправа в онлайн-сервісі LearningApps,
3. Скласти з букв слово, яке визначає тему дня – СКЕЛЕТ
Знайомство з проблемним питанням дня «Навіщо потрібен скелет?»
Формулювання критеріїв для самооцінювання.
Актуалізація знань учнів
Обговорення інформації з даної теми.
Оформлення результатів обговорення у таблицю ЗХД
– Навіщо потрібен скелет (яку роль він виконує)?
– До якої системи органів відноситься?
– З яких частин складається?
… Записуються пропозиції дітей.
Засвоєння нового матеріалу
1. Робота з підручником. Заповнення понятійних таблиць.
а) Читання 1 і 2 абзаців у підручнику на ст. 59.
Шукаємо відповіді на питання:
– До якої системи органів належить скелет?
– Яку роль виконує ця система?
б) Читання 3 і 4 абзаців з використанням прийому ІНСЕРТ
– Чи з’явилося бажання про щось дізнатися більше?
в) Представлення інформації у таблиці
