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低溫物理研究中氦氣的用途有哪些

文章出處：責(zé)任編輯：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2014-11-08 09:08:00【大中小】

氦氣是一種制冷效果極好的惰性極強(qiáng)的稀有元素，也是唯一一個(gè)能在絕對零度時(shí)保持液體狀態(tài)的物質(zhì)（也可稱為超流體）。氦氣的同位素有許多種，最常見的是氦3和氦4。氦4是我們平常最常用的氦氣同位素，一般來源與某些特殊的天然氣井的開采，而氦3則來自于放射性元素衰變的產(chǎn)物。實(shí)際上想要人工合成氦3非常困難，但是氦3卻是低溫物理學(xué)中離不開的“氧氣”，離開氦3許多低溫物理研究將會(huì)直接停擺，而許多基于液氦制冷的科學(xué)、醫(yī)療實(shí)驗(yàn)儀器也將停擺。那么低溫物理研究中氦氣的用途有哪些呢？為何氦3顯得如此珍貴？

低溫物理研究中氦氣的用途

其實(shí)低溫物理研究中氦氣的用途很簡單，就是制冷！氦氣是已知沸點(diǎn)最低的物質(zhì)，液態(tài)氦是一種與眾不同的液體，它在零下269℃就沸騰了，利用這個(gè)特性就可以滿足許多物理實(shí)驗(yàn)中需要的低溫條件。實(shí)際上低溫物理研究中氦氣的用途之一就是填充大型中子散放裝置。比如在日本東海新建成的日本質(zhì)子加速器研究園區(qū)，這個(gè)項(xiàng)目每年需要消耗的氦-3數(shù)量超過10萬升，而質(zhì)子加速器研究也離不開液氦。除此之外，美國也是消耗氦3資源的大戶，低溫物理研究中氦氣的用途就有以氦-3填充的中子探測器（利用中子與摻入探測器中的某些原子核作用，包括核反應(yīng)、核裂變或核反沖，所產(chǎn)生的次級粒子進(jìn)行測量。這種技術(shù)能夠幫助美國杜絕放射性核原料自私，如钚和鈾等等！而低溫物理學(xué)家Van Sciver正在對液氦中的顆粒物質(zhì)行為進(jìn)行研究。他表示氦冷卻到更低的溫度，就會(huì)變成“超流體”，超流態(tài)的氦具有很多的奇異性質(zhì)，他希望借助液氦最終能夠促使一個(gè)分離顆粒物質(zhì)的新的低溫技術(shù)的產(chǎn)生。其實(shí)氦-3在醫(yī)學(xué)成像中也有重要作用。當(dāng)患者吸入這種氣體后，研究人員就可通過核磁共振成像儀對其肺部成像。氦氣的用途真的很廣泛啊！

低溫物理研究中氦氣的用途很多時(shí)候都需要利用到氦的同位素，那么氦的同位素大家都了解么？看看下面的表格大家大概就清楚了！

符號	Z(p)	N(n)	同位素質(zhì)量(u)	半衰期	原子核自旋
He2	2	0	2,02946,#	非常不穩(wěn)定(假想粒子),#	0+,#（推測）
He3	2	1	3,0160293191(26)	穩(wěn)定	1/2+
He4	2	2	4,002,603,254,15(6)	穩(wěn)定	0+
He5	2	3	5,01222(5)	700(30)E-24,s,[0,60(2),MeV]	3/2-
He6	2	4	6,0188891(8)	806,7(15),ms	0+
He7	2	5	7,028021(18)	2,9(5)E-21,s,[159(28),keV]	(3/2)-
He8	2	6	8,033922(7)	119,0(15),ms	0+
He9	2	7	9,04395(3)	7(4)E-21,s,[100(60),keV]	1/2(-#)
He10	2	8	10,05240(8)	2,7(18)E-21,s,[0,17(11),MeV]	0+