ГелийГЕЛИЙПодписка на новые записиПохожие страницыНемного позитива

04.01.2019 0 Автор: admin1

Жидкий гелий-3

См. также: Сверхтекучесть

Квантовая жидкость, существенно отличающаяся по свойствам от жидкого гелия-4. Жидкий гелий-3 удалось получить только в 1948 году.
В 1972 году в жидком гелии-3 был обнаружен фазовый переход в сверхтекучее состояние при температурах ниже 2,6 мК и при давлении 34 атм (ранее считалось, что сверхтекучесть, как и сверхпроводимость — явления, характерные для бозе-конденсата, то есть кооперативные явления в среде с целочисленным спином объектов). За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 году Д. Ошерову, Р. Ричардсону и Д. Ли была присуждена Нобелевская премия по физике.

В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены А. А. Абрикосов, В. Л. Гинзбург и Э. Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3/

В искусстве

В фантастических произведениях (играх, фильмах, аниме) гелий-3 иногда выступает в качестве основного топлива и как ценный ресурс, добываемый в том числе на Луне.

Основой сюжета британского научно-фантастического фильма 2009 года «Луна 2112», является работа горнодобывающего комплекса компании «Лунар». Комплекс обеспечивает добычу изотопа гелий-3, с помощью которого удалось остановить катастрофический энергетический кризис на Земле.

В политической комедии «Железное небо», лунный гелий-3 стал причиной международного ядерного конфликта за право добычи.

В аниме «Planetes» гелий-3 используется как топливо для двигателей ракет и т. д.

В серии игр «mass effect» гелий-3 используется в качестве топлива для космических кораблей В фантастической саге Иена Макдональда «Луна» гелий-3 используется как топливо для термоядерных установок.Его добыча занимает важную часть сюжета.

Пузыри Земли

«Земля, как и вода, содержит газы, и это были пузыри Земли». Эти слова вложил В. Шекспир в уста одного из  своих героев.
Природные газы,  как их понимает современная наука,— это часть естественного природного вещества, находящегося в газообразном состоянии. В понятие «природные газы» атмосфера не входит. Природные газы — это  сравнительно  небольшие объемы  газа, спрятанного в порах горных пород. Размеры пор и пустот в недрах могут колебаться в широчайших пределах: от долей микрометра до сотен кубических метров. В природных газах немало компонентов: азот и двуокись углерода, сероводород, широчайшая гамма углеводородов,  начиная от метана и кончая более сложными соединениями, инертные газы ксенон, криптон и неон и, как правило, гелий с аргоном.

Поскольку гелий генетически связан с радиоактивными элементами, которые рассеяны в земной коре, то и он, как правило, образуется всюду. Частично, как мы уже знаем, накапливается в минералах, а частично растворяется в том веществе, которое его окружает: в первую очередь в воде, а также в природных газах и в нефти. Вместе с природными газами, нефтью, под-. земными водами гелий мигрирует по трещинам и порам, которыми изобилуют горные породы, и, как сказала известный советский геолог В. П. Якуцени, «создает там некоторый, пусть небольшой, но заметный фон собственного присутствия».
На отдельных участках содержание гелия может быть даже весьма -большим. Из всех компонентов максимально обогащенными гелием оказываются именно природные газы. Рекордсменом в этом отношении стал горячийfисточник в Танзании, где содержание гелия в газах, растворенных в водах, достигло 17,7 %.

Исследование-«ископаемого гелия» началось еще в конце прошлого века: впервые его обнаружили в вулканических газах Италии, затем в, гейзерах Исландии. Постепенно выяснилось, что в том или ином количестве он наряду с другими благородными газами Присутствует в природных газах различного происхождения: вулканического (сопровождающих извержение вулканов и являющихся результатом химических реакций, протекающих при высоких температурах), тектонического (такие газовые струи возникают там, где имеются нарушения залегания горных пород; выводящими путями для них служат тектонические трещины) и, наконец, осадочного. Нашли гелий и в составе рудничных газов.
Конечно, степень насыщенности естественных газов гелием зависит от многих факторов, в частности от  интенсивности поступающего гелия из окружающих пород. Но ни вода, ни нефть по степени накопления гелия не могут конкурировать с природными газами И с практической точки зрения, как потенциальный источник гелия, наибольший интерес представляют именно «пузыри Земли», т. е. газовые месторождения

Получение

В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников (на Земле доступны незначительные количества гелия-3, чрезвычайно трудные для добычи), а создаётся при распаде искусственно полученного трития.

Тритий производится отдельными государствами как компонент для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах. Несколько сотен тысяч литров гелия-3 были наработаны в рамках оружейных ядерных программ, однако эти запасы уже недостаточны для существующего в США спроса. Дополнительно около 8 тыс. литров гелия-3 в год получают из распада запасов трития в США. В связи с растущей нехваткой гелия-3 рассматривались такие ранее 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

Планы добычи гелия-3 на Луне

Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце, и в некотором количестве содержится в солнечном ветре и межпланетной среде. Попадающий в атмосферу Земли из межпланетного пространства гелий-3 быстро диссипирует обратно, его концентрация в атмосфере чрезвычайно низка

Луна, у которой нет атмосферы, сохраняет значительные количества гелия-3 в поверхностном слое, по отдельным оценкам до 500 тыс. тонн, по другим — около 2,5 млн тонн.

Гипотетически, при термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти (однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции). Следовательно, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 (по максимальным оценкам) могло бы хватить примерно на пять тысячелетий. Основной проблемой (если проигнорировать проблему реализуемости управляемых термоядерных реакторов с подобным горючим) остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Как упомянуто выше, содержание гелия-3 в реголите составляет ~1 г на 100 т. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать на месте не менее 100 млн тонн грунта.

NASA разрабатывала эскизные проекты гипотетических установок по переработке реголита и выделению гелия-3.

В январе 2006 года глава РКК «Энергия» Николай Севастьянов заявил, что Россия планирует создать постоянную базу на Луне и отработать транспортную схему по доставке на Землю гелия-3 уже к 2015 году (при условии достаточного финансирования), а ещё через 5 лет начать промышленную добычу изотопа[значимость факта?]. В ноябре 2018 года глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин вновь подтвердил возможность использования гелия-3 как основы для ракетного топлива. Одновременно с Дмитрием Рогозиным академик РАН Лев Зелёный заявил о практической бесполезности добычи гелия-3.

Использование

Бо́льшая часть производимого в мире гелия-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Остальные применения пока не выходят за пределы научных лабораторий.

Счётчики нейтронов

Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. В этих счётчиках происходит реакция

n + 3He → 3H + 1H + 0,764 МэВ.

Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера.

Значительно возросшее после 2001 года производство нейтронных мониторов (для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма) привело к сокращению запасов гелия-3; так, запасы, принадлежащие правительству США, с 1990 по 2001 год монотонно росли со 140 до 235 тыс. литров н.у., но к 2010 году уменьшились до 50 тыс. л н.у.

Получение сверхнизких температур

Основная статья: Рефрижератор растворения

Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур.

Медицина

Поляризованный гелий-3 (он может долго храниться) недавно начал использоваться в магнитно-резонансной томографии для получения изображения лёгких с помощью ядерного магнитного резонанса.

Гелий-3 как термоядерное топливо

Реакция 3Не + D → 4Не + p имеет ряд преимуществ по сравнению с наиболее достижимой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → 4Не + n. К этим преимуществам относятся:

В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора;
Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе;
Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности;
При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.

Недостатком гелий-дейтериевой реакции следует считать практическую невозможность поддержания требуемых температур. При температурах менее 109 К термоядерная реакция слияния ядер дейтерия между собой протекает гораздо охотнее, и реакции между дейтерием и гелием-3 не происходит. При этом теплопотери за счет излучения быстро возрастают с температурой и горячая плазма будет остывать быстрее, чем сможет восполнять потери энергии за счет термоядерных реакций.

Плотность — жидкий гелий

Плотности жидкого гелия и его насыщенного пара имеют следующие значения

Чему равна плотность жидкого гелия при Г — 4 71, если рг 0 02699 г / мл.

Очевидно, что при плотности жидкого гелия простая модель частицы в ящике является удовлетворительной, поскольку просачивание плотности избыточного электрона из полости мало. Следует, однако, отметить, что для более низких плотностей жидкости модель электрона в ящике становится непригодной, поскольку просачивание заряда из пузырька становится существенным.

Подставив в выражение (30.2) известные значения плотности жидкого гелия и массы атома гелия, найдем, что То равно примерно 3 К.

Лондон, критическая температура Тк конденсации идеального бозе-газа, имеющего плотность жидкого гелия и состоящего из атомов такой же массы, как у 4Не, должна быть равна 3 14 К. Эта температура отличается от температуры перехода гелия I в гелий II лишь на 0 96 К. По мнению Тисса, конденсат не может участвовать в каких-либо диссипативных процессах и поэтому является сверхтекучим. При О К весь жидкий гелий представляет собой конденсат.

Вместе с тем температура конденсации для идеального газа с массой атома, равной массе атома гелия, и плотностью жидкого гелия должна быть равна 3 14 К, что удивительно близко к действительной температуре Х — перехода. Лондон ясно сознавал грубость приближения в его модели, хотя и считал, что роль статистики в этом случае настолько велика, что отличие жидкости от идеального газа становится несущественным. Им самим, а также и другими авторами были предприняты попытки учесть взаимодействие между атомами; в одной из своих ранних работ ему удалось качественно показать, что при учете взаимодействия можно ожидать уменьшения плотности состояний с наинизшей энергией, которое позволяет объяснить более резкий спад теплоемкости гелия по сравнению с теплоемкостью идеального газа.

Вместе с тем температура конденсации для идеального газа с массой атома, равной массе атома гелия, и плотностью жидкого гелия должна быть равна 3 14 К, что удшштслыю близко к действительной температуре X-перехода. Лондон ясно сознавал грубость приближения в его модели, хотя и считал, что роль статистики в этом случае настолько велика, что отличие жидкости от идеального газа становится несущественным. Им самим, а также и другими авторами были предприняты попытки учесть взаимодействие между атомами; в одной из своих ранних работ ему удалось качественно показать, что при учете взаимодействия можно ожидать уменьшения плотности состояний с наинизшей энергией, которое позволяет объяснить более резкий спад теплоемкости гелия по сравнению с теплоемкостью идеального газа.

Изменение плотности жидкого гелия с температурой.

Еще за 21 год до этого Камерлинг-Оннес наблюдал перелом в изменении плотности жидкого гелия при температуре около 2 2 К ( рис. 14), много позднее тем пература была уточнена п совпала с — точкой.

И вообще движение к абсолютному нулю сопровождалось такой патологией в поведении кривой теплоемкости, что Камерлинг-Оннес и его сотрудники, надо думать, приписали ее каким-то внешним причинам — сложностям и неточности самих экспериментов, ошибкам в показаниях приборов, а значит, и в результатах измерений. Так или иначе, опубликованы были одни лишь убедительные и надежные цифры, относящиеся к температуре выше 2 2 К. То есть выше точки необъяснимого максимума плотности жидкого гелия.

Крайне странно повела себя теплоемкость жидкого гелия — и опять при той же температуре. В этой точке она круто взметнулась вверх. А затем при дальнейшем охлаждении почти так же резко стала падать. И вообще движение к абсолютному нулю сопровождалось такой патологией в поведении кривой теплоемкости, что Камерлинг-Оннес и его сотрудники, надо думать, приписали ее каким-то внешним причинам — сложностям и неточности самих экспериментов, ошибкам в показаниях приборов, а значит, и в результатах измерений. Так или иначе, опубликованы были одни лишь убедительные и надежные цифры, относящиеся к температуре выше 2 2 К. То есть выше точки необъяснимого максимума плотности жидкого гелия.

гелий

Реакции вещества:

  1. При давлении выше 140 ГПа реагирует с натрием с образованием соединения Na2He, имеющего электридную структуру, которое распадается ниже 113 ГПа.

Применение:

Используется для замены азота в воздухе для дыхания водолазов, что позволяет избежать кесонной болезни. Для наполнения дирижаблей. Смесь гелия с кислородом используется для лечения астмы, удуший.

Дополнительная информация:

Электронная конфигурация атома 1s2.

Камерлинг Оннес исследовал равновесие жидкость газ в системе водород — гелий при 20,1 К, то есть ниже критической температуры водорода (33,2 К) и выше критической температуры гелия (5,2 К). При этой температуре растворимости газообразного гелия в жидком водороде и жидкого водорода в газообразном гелии малы. При низких давлениях плотность жидкой фазы была больше плотности газовой фазы и жидкая фаза располагалась под газовой фазой. Но при давлении выше 49 атм плотность газовой фазы стала больше плотности жидкой фазы, и обе фазы поменялись местами: газовая фаза расположилась под жидкой. Оседание газа в жидкости получило название баротропного явления.

Гелий — единственное вещество не затвердевающее при обычном давлении даже вблизи 0 K, он кристаллизуется только под давлением выше 2,5 МПа. При 2,17 К и обычном давлении претерпевает фазовый переход второго рода (от гелия I к гелию II), сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоемкости, вязкости, плотности. Для гелия II характерна сверхтекучесть — способность протекать без трения через узкие щели. Гелий II также обладает огромной теплопроводностью. поэтому в отличие от бурно кипящего гелия I, выглядит как спокойная жидкость с ясно видимым мениском.

Свойства 3He значительно отличаются от свойств 4He. 3He и 4He неограниченно смешиваются друг с другов выше критической точки смешения равной 0,88 К. Ниже этой точки жидкость расслаивается на 2 фазы с различной концентрацией 3He. 3He имеет следующие физические константы: температура кипения 3,19 К, критическая температура 3,35 К.

Выше -250 °С при расширении не охлаждается, а нагревается. Жидкий гелий практически не растворяет другие вещества.

Источники информации:

  1. Handbook of Chemistry and Physics. — CRC Press, Inc., 2002. — С. 11-51
  2. Seidell A. Solubilities of inorganic and metal organic compounds. — 3ed., vol.1. — New York: D. Van Nostrand Company, 1940. — С. 601-604
  3. Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — Т.2. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — С. 235
  4. Гурвич Я.А. Справочник молодого аппаратчика-химика. — М.: Химия, 1991. — С. 50
  5. Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. Химия для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке. — Ярославль: Академия Холдинг, 2000. — С. 36
  6. Краткая химическая энциклопедия. — Т. 1: А-Е. — М.: Советская энциклопедия, 1961. — С. 827-832
  7. Некрасов Б.В. Основы общей химии. — Т.1. — М.: Химия, 1973. — С. 44-46
  8. Некрасов Б.В. Основы общей химии. — Т.2. — М.: Химия, 1973. — С. 540-541 (свойства He-3)
  9. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977. — С. 24, 61
  10. Справочник по растворимости. — Т.1, Кн.1. — М.-Л.: ИАН СССР, 1961. — С. 553-557
  11. Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Инертные газы. — М.: Атомиздат, 1972
  12. Физические величины. — Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — С. 994
  13. Химическая энциклопедия. — Т.1. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — С. 513-514
  • Написать вопрос на форум сайта (требуется зарегистрироваться на форуме). Там вам ответят или подскажут где вы ошиблись в запросе.
  • Отправить пожелания для базы данных (анонимно).

Хранилища гелия

Земная кора более богата гелием, чем атмосфера и гидросфера. По оценкам, сделанным еще В. И. Вернадским, гелий столь же распространен в земной коре, как золото, теллур и платина, хотя, конечно, распространенность его на Земле значительно ниже, чем во Вселенной в целом. В. И. Вернадский не раз задавался вопросом: «Почему так мало гелия? Куда он девался?».
Вскоре после открытия гелия начались его интенсивные поиски в горных породах. Именно в составе минералов и был впервые обнаружен земной гелий. Еще У

Рамзай обратил внимание на то, что все богатые ураном и торием минералы содержат и гелий. Но почему это так, в 1897 году объяснить не могли

Минералы вообще способны были удерживать многие газы, не только гелий.
Содержание гелия в урановых минералах, в частности в 1 г торианита, достигает 10,5 см³. Это означает, что парциальное давление гелия внутри кристаллической решетки минерала могло составлять примерно 10 кгс/см². В 1 г знакомого нам клевеита содержится 0,8—3,5 см³ гелия.
Когда была установлена генетическая связь гелия с радиоактивными веществами, присутствие его в содержащих уран и торий минералах стало понятным: гелий должен был постоянно образовываться в результате радиоактивного распада. Это обстоятельство показалось очень перспективным для определения абсолютного возраста горных пород. Но о проблемах геохронологии мы будем более подробно говорить в главе VII. Зесь же нас интересует другое: колебания содержания гелия в минералах были столь велики и, как оказалось, далеко не всегда пропорциональны возрасту минералов, что определяемый с помощью гелия возраст оказывался в десятки и даже в сотни раз заниженным или завышенным. Минералы не были самым надежным хранилищем гелия.

Но, пожалуй, самым интересным было то, что наряду с минералами, содержащими гелий, накопившийся в результате радиоактивного распада, нашлись и такие, где радиоактивный распад не происходил или же концентрация радиоактивных веществ была ничтожной, но гелий наблюдался в повышенном количестве. Впервые с этим явлением столкнулся в 1903 году английский ученый Р. Стретт, который систематически исследовал очень многие минералы на предмет содержания в них гелия. Особенно богаты гелием оказались бериллы. Но обнаруженный в них гелий никак не связывался с радиоактивностью элементов, входящих в их состав. Содержание гелия в бериллах из различных месторождений колебалось, но Р. Стретт установил, что, чем древнее минерал, тем больше в нем гелия. Возраст таких минералов, определенный по гелиевому методу, достигал десятков миллиардов лет и значительно превышал возраст самой Земли.

Объяснение этому явлению дал в 40-х годах текущего столетия советский ученый Э. К. Герлинг, который в результате специально поставленных экспериментов показал, что в расплавленных породах растворимость гелия, заметно возрастает. Таким образом, избыточный гелий, очевидно, не имеет никакого отношения к собственной радиоактивности минерала. Он попал в эти минералы еще в то время, когда на поверхности Земли господствовали достаточно высокие температуры и многие породы находились в расплавленном состоянии. Минералы, содержащие избыточный гелий, очевидно, представляют интерес не для определения возраста горных пород, а для получения сведений о тепловой истории Земли.
Долгое время, во всяком случае до первой мировой войны, минералы служили единственным источником свободного гелия. При нагревании минералов до 1000 °С можно было заставить их расстаться с гелием, попавшим в поровое пространство. Однако таким способом удалось получить незначительное количество гелия: его хватило лишь для научных исследований.

Кстати, именно таким путем добыл гелий для своих ставших классическими опытов по обращению гелия в жидкое состояние голландский ученый X. Камерлинг-Оннес.

Гелий в атмосфере

Вскоре после открытия У. Рамзая, когда гелий обрел права гражданства на нашей планете, начались усиленные поиски его на Земле. Довольно скоро выяснилось , что гелий все же входит в состав земной атмосферы. Впервые это было установлено при взятии проб воздуха над Бонном в 1904 году, а спустя 9 лет присутствие этого элемента в земном воздухе получило окончательное подтверждение. Правда, в земной атмосфере его оказалось чрезвычайно мало:  около 0,0005 об- %. Впоследствии эти данные неоднократно проверялись. Оказалось, что содержание гелия в земной атмосфере отличается постоянством. Согласно уточненным данным, на каждую 1000 м³ воздуха приходится 5,24 л гелия. Позднее, когда возник промышленный интерес к гелию, стало ясно, что источником гелия воздух быть не может.

Сначала предполагали, что обедненность гелием характерна лишь для прилегающего к Земле атмосферного слоя. Ожидалось, что верхние слои атмосферы более насыщены им. Однако исследование этих слоев, начатое еще в 30-е годы при помощи радиозондов и стратостатов, а после второй мировой войны с помощью ракет и искусственных спутников Земли, показало, что это не так. Состав атмосферы остается удивительно постоянным, т. е в основном азотно-кислородная  атмосфера сохраняется  на  протяжении 100 км от поверхности Земли. Лишь в экзосфере, внешней, постепенно переходящей в космическое пространство оболочке Земли, концентрация свободного гелия заметно увеличивается.
Водное пространство планеты, как заметил в свое время В. И. Вернадский, так же как и атмосфера, не может быть местом сосредоточения гелия. Дело в том, что он плохо растворяется в воде. В 1 л морской воды содержится около одной-двух десятитысячных долей гелия и других инертных газов, хотя не исключено, что на больших глубинах, где давление достигает 1000 кгс/см², растворимость гелия в воде может несколько увеличиться.

Гелий-3 на Земле

Если радиоактивным изотопам гелия из-за кратковременности их существования так и не удалось покинуть лабораторию и сыграть сколько-нибудь значительную роль в эволюции вещества, то поиски второго после гелия-4 стабильного изотопа — гелия-3 — представляют определенный интерес

Здесь ученым пришлось столкнуться с очередной загадкой гелия: легкий изотоп встречался в земном веществе в сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды раз реже, чем гелий-4.
На изотопное отношение природного гелия обратили внимание еще в 1939 году, после открытия изотопа гелия с массовым числом 3. Первые оценки содержания гелия-3 в атмосфере и некоторых природных газах, сделанные Л

Альваресом и Р. Корногом, показали, что его в 10⁶ — 10⁸ раз меньше, чем гелия-4. То, что этот изотоп не был обнаружен в свое время Ф. Астоном, казалось неудивительным: чтобы определить присутствие таких малых количеств изотопа гелия-3, нужна была более чувствительная аппаратура.

Самым же странным было не крайне низкое содержание гелия-3, изотопа стабильного в земном веществе, а необычайные вариации изотопного отношения гелия.
«В природе нет другого элемента, изотопное отношение которого менялось бы в столь широких пределах (отношение 3Не/4Не меняется более, чем на девять порядков)»,— писал в 1956 году известный советский
физик В. В. Чердынцев.
Исследование изотопного отношения гелия в природе знаменовало собой начало второго гелиевого века. Оказалось, что в различных местах земного шара оно различно. Наиболее высокая концентрация гелия-3 характерна для вулканических газов, где отношение ³Не/⁴Не примерно в 10 раз превышает атмосферное. Меньше всего гелия-3 обнаружили в радиоактивных минералах,  где отношение 3Не/4Не приблизительно равно 10⁻¹⁰. Это становится понятным, если учесть, что радиоактивные минералы содержат до 10 % урана и тория, при альфа-распаде которых постоянно пополняются запасы только тяжелого изотопа гелия. А вот литиевые минералы оказались в десятки и сотни тысяч раз более богатыми гелием-3, чем урановые и ториевые.

Обращало на себя внимание и такое обстоятельство: чем с больших глубин брались пробы газа, тем более высоким оказывалось и изотопное отношение гелия. Для вулканических и природных газов осадочной толщи оно различалось в сотни тысяч раз.
Возникал вопрос: имеет ли какое-либо отношение распространенность гелия-3 к проблеме происхождения гелия на Земле? Для ответа на вопрос необходимо обратиться к внеземным объектам. Оказалось, что практически во всех объектах внеземного происхождения: метеоритах и образцах лунного грунта, космическом излучении и солнечном ветре — присутствуют стабильные изотопы гелия. В 1952 году Ф. Панет исследовал изотопное отношение гелия в железных метеоритах. Он нашел, что хотя гелий и составляет миллионные доли вещества метеоритов, но изотопное отношение его достигает рекордного по сравнению с веществом Земли значения: 0,315. Предполагали, что легкий изотоп гелия образуется в метеоритах в результате ядерных реакций, протекающих под действием космического излучения. Подсчитано, что за один год в 1 г вещества железных метеоритов может обра-зовываться 5·10⁻¹⁴ см³ гелия. А возраст метеоритов составляет 10⁸— 10⁹ лет, и все это время они подвергаются «обстрелу» космическим излучением.

В каменных метеоритах изотопное отношение ге-лия в десятки раз ниже, чем в железных. Такое обеднение легким изотопом гелия объясняют, как и в случае радиоактивных минералов Земли, тем, что доля радиогенного гелия, возникшего в этих телах в результате альфа-распада, выше, чем в железных метеоритах из-за более высокого содержания в них радио-активных элементов. Кстати, такое обогащение гелием-3   справедливо   только   для   поверхностных областей метеоритов, куда могло проникнуть космическое излучение. Во внутренних же областях метеоритов изотопное отношение гелия оказывается удивительно постоянным: 3·10⁻⁴, т. е. на 10000 ядер гелия приходится три его легких изотопа.

Впервые такие данные получили в 1955 году советские ученые Э. К. Герлинг и Л. К. Левский, изучавшие состав метеорита Старое Песьяное. Они пред-, положили, что в веществе метеоритов сохранился так называемый первичный, солнечный, гелий, отражающий состав того вещества, из которого метеориты некогда образовались. Гипотеза о сохранении первичного гелия получила подтверждение, когда в руки исследователей попали образцы лунного грунта, доставленные советскими космическими станциями «Луна-16», «Луна-17» и американской экспедицией «Аполлон-14». В лунных породах изотопное отношение гелия было гораздо выше, чем для любого образца земного вещества: 10⁻²—10⁻⁴.

Список источников

  • znaesh-kak.com
  • wiki2.org
  • chemister.ru
  • www.ngpedia.ru