Hélio-3: diferenças entre revisões
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O '''[[hélio]]-3''', abreviado por '''He-3''', às vezes chamado em [[língua inglesa|inglês]] de '''''tralphium''''',<ref>from tri alpha named by [[George Gamow]] {{citar periódico|título=Report on the Progress in Stellar Evolution to 1950|autor =Owen Gingerich|periódico=Astrophysics and Space Science|doi= 10.1023/A:1002711422064|volume=267|número=1–4|páginas=3–31|bibcode = 1999Ap&SS.267....3G|ano=1999 }}</ref>, ou, aportuguesando, '''trálfio''', é uma forma [[isótopo|isotópica]] [[radiação|não-radioativa]] do hélio com dois [[próton]]s e um [[nêutron]] no núcleo atômico. |
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| ⚫ | Os núcleos de hélio-3 consistem em dois prótons, mas apenas um nêutron, em contraste com o átomo original de hélio, que possui dois prótons e dois nêutrons. Sua existência foi proposta em [[1934]] pelo físico nuclear australiano [[Marcus Oliphant]] enquanto, no [[Laboratório Cavendish]] na [[Universidade de Cambridge]], num experimento em que alguns átomos de [[deutério]] (isótopo do [[hidrogênio]]) reagiram mais rapidamente que outros (a primeira demonstração de fusão nuclear).<ref>{{citar periódico|título=Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen|primeiro =M. L. E.|último =Oliphant|coautor=Harteck, P.; Rutherford, E.|periódico=Proceedings of the Royal Society of London. A|volume=144|número=853|ano=1934|páginas=692–703|jstor=2935553| doi = 10.1098/rspa.1934.0077|bibcode=1934RSPSA.144..692O}}</ref> |
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O He-3 foi postulado para ser um isótopo [[radiação|radioativo]] até que átomos dele fossem identificados naturais na atmosfera (que é principalmente de He-4) por [[Luis Walter Alvarez]] e [[Robert Cornog]] em um experimento num [[cíclotron]] no [[Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley]] em [[1939]].<ref>{{citar web|ano=1981|publicado= Newsmagazine Publication|url=http://www.lbl.gov/Science-Articles/Research-Review/Magazine/1981/81fepi1.html|título=Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error|acessodata=2009-09-01}}</ref> Apesar de o hélio-3 ser aproximadamente dez mil vezes mais raro que o hélio-4 na Terra, a sua presença significativa em depósitos de gás subterrâneos implicou que ele não se deteriorasse ou que tivesse um tempo de vida semelhante à do isótopo primordial. O hélio-3 aparece como um nuclídeo primordial, escapando da [[crosta terrestre]] para o espaço ao longo do tempo. |
O He-3 foi postulado para ser um isótopo [[radiação|radioativo]] até que átomos dele fossem identificados naturais na atmosfera (que é principalmente de He-4) por [[Luis Walter Alvarez]] e [[Robert Cornog]] em um experimento num [[cíclotron]] no [[Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley]] em [[1939]].<ref>{{citar web|ano=1981|publicado= Newsmagazine Publication|url=http://www.lbl.gov/Science-Articles/Research-Review/Magazine/1981/81fepi1.html|título=Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error|acessodata=2009-09-01}}</ref> Apesar de o hélio-3 ser aproximadamente dez mil vezes mais raro que o hélio-4 na Terra, a sua presença significativa em depósitos de gás subterrâneos implicou que ele não se deteriorasse ou que tivesse um tempo de vida semelhante à do isótopo primordial. O hélio-3 aparece como um nuclídeo primordial, escapando da [[crosta terrestre]] para o espaço ao longo do tempo. |
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O hélio-3 é proposto como um combustível da segunda geração da fusão nuclear (''ver: [[fusão aneutrônica]]'') para usos energéticos de fusão, mas esses sistemas ainda estão em fase experimental e de desenvolvimento. o He-3 é utilizado na detecção de nêutrons e de temperaturas extremamente baixas de [[criogenia]]. Tem sido usado como um gás magnetizável [[Hiperpolarização (física)|hiperpolarizado]] para formar imagens magnéticas para estudos. |
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== Propriedades físicas == |
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Devido à sua baixa massa atômica (3,0160293 [[Unidade de massa atômica|u]]), o He-3 tem propriedades significativamente diferentes do He-4 (4,0026 u). Devido à fraca interação por indução de [[dipolo|dipolo-dipolo]] entre os átomos de hélio 3, suas propriedades macroscópicas são principalmente determinadas pela [[energia de ponto zero]]; as propriedades microscópicas do He-3 também fazem com que ele tenha maior energia de ponto zero que o He-4. Isso significa que o He-3 pode superar a interação dipolo-dipolo com menos [[energia térmica]] que o He-4. O hélio-3 [[ebulição|ferve]] a 3,19 [[Kelvin]] (-269,96 [[grau Celsius|ºC]]), baixo comparado ao hélio-4, que ferve a 4,23 Kelvin (-268,92 ºC), e seu [[Ponto crítico (termodinâmica)|ponto crítico]] também é menor do que 3,35 K (-269,8 ºC), comparado ao do hélio-4, que é 5,19 K (-267,96ºC). Tem menos da metade da [[densidade]] quando o líquido está no ponto de ebulição: 0,059 [[grama|g]]/[[mililitro|ml]], a do hélio-4 é 0,12473 g/ml. O seu calor latente de vaporização é também consideravelmente menor, 0,026 [[joule|kJ]]/[[mol]], comparado ao hélio-4 que é 0,0829 kJ/mol.<ref>[http://www.trgn.com/database/cryogen.html Teragon's Summary of Cryogen Properties] Teragon Research, 2005</ref> |
Devido à sua baixa massa atômica (3,0160293 [[Unidade de massa atômica|u]]), o He-3 tem propriedades significativamente diferentes do He-4 (4,0026 u). Devido à fraca interação por indução de [[dipolo|dipolo-dipolo]] entre os átomos de hélio 3, suas propriedades macroscópicas são principalmente determinadas pela [[energia de ponto zero]]; as propriedades microscópicas do He-3 também fazem com que ele tenha maior energia de ponto zero que o He-4. Isso significa que o He-3 pode superar a interação dipolo-dipolo com menos [[energia térmica]] que o He-4. O hélio-3 [[ebulição|ferve]] a 3,19 [[Kelvin]] (-269,96 [[grau Celsius|ºC]]), baixo comparado ao hélio-4, que ferve a 4,23 Kelvin (-268,92 ºC), e seu [[Ponto crítico (termodinâmica)|ponto crítico]] também é menor do que 3,35 K (-269,8 ºC), comparado ao do hélio-4, que é 5,19 K (-267,96ºC). Tem menos da metade da [[densidade]] quando o líquido está no ponto de ebulição: 0,059 [[grama|g]]/[[mililitro|ml]], a do hélio-4 é 0,12473 g/ml. O seu calor latente de vaporização é também consideravelmente menor, 0,026 [[joule|kJ]]/[[mol]], comparado ao hélio-4 que é 0,0829 kJ/mol.<ref>[http://www.trgn.com/database/cryogen.html Teragon's Summary of Cryogen Properties] Teragon Research, 2005</ref> |
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=== Limite de velocidade === |
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O superfluido hélio-3 parece um vácuo para uma haste que se move através dele, embora seja um líquido relativamente denso. Não há resistência, absolutamente nenhuma. Objetos que se movem através do superfluido hélio-3 não têm limite de velocidade.<ref>{{Citar web |url=https://www.techexplorist.com/objects-superfluid-lack-speed-limit/35363/ |titulo=Why objects moving through superfluid lack a speed limit? |data=2020-09-21 |acessodata=2020-09-21 |website=Tech Explorist |lingua=en-US}}</ref> |
O superfluido hélio-3 parece um vácuo para uma haste que se move através dele, embora seja um líquido relativamente denso. Não há resistência, absolutamente nenhuma. Objetos que se movem através do superfluido hélio-3 não têm limite de velocidade.<ref>{{Citar web |url=https://www.techexplorist.com/objects-superfluid-lack-speed-limit/35363/ |titulo=Why objects moving through superfluid lack a speed limit? |data=2020-09-21 |acessodata=2020-09-21 |website=Tech Explorist |lingua=en-US}}</ref> |
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== Reservas e usos == |
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As reservas de hélio-3 na Terra são escassas devido ao papel da [[atmosfera terrestre]] como escudo protetor contra a radiação. Por outro lado, a situação na Lua é diferente, pois a [[superfície lunar]], não tendo atmosfera, está muito mais exposta à radiação.<ref name="Xataka">{{citar web|url=https://www.xataka.com/investigacion/hay-al-razon-que-merece-pena-volver-a-luna-recoger-su-abundante-helio-3-usarlo-fusion-nuclear|título=Hay al menos una razón por la que merece la pena volver a la Luna: recoger su abundante helio-3 y usarlo en la fusión nuclear|autor=Lopez, Juan Carlos |data=9 de julho de 2019|publicado=Xataca {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Como em [[Marte]], isso causa o acúmulo de grandes quantidades de hélio-3, [[hidrogênio]], [[carbono]], [[nitrogênio]], etc. transportados pelo vento solar.<ref>{{citar web|url=https://elpais.com/diario/1998/12/16/sociedad/913762823_850215.html|título=Los recursos geológicos de Marte|autor=Martínez Frías, Jesús|data=5 de dezembro de 1998|publicado=[[El País]] {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Segundo estimativas da [[Bloomberg]], as reservas lunares de hélio-3 poderiam suprir a demanda mundial de energia por 250 anos.<ref>{{citar web|url=https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-06-26/the-quest-to-find-a-trillion-dollar-nuclear-fuel-on-the-moon|título=The quest to find a trillion dollar nuclear fuel on the moon|autor=Kotoky, Anurag |data=26 de junho de 2018|publicado=[[Bloomberg]] {{en}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Isso levou alguns a definirem o hélio-3 como o "ouro lunar".<ref>{{citar web|url=https://www.lavanguardia.com/vida/20200614/481605206246/luna-carrera-conquista-colonizacion-salvaje-oeste-trump-china-rusia-europa.html|título=El Salvaje Oeste llega a la Luna|autor=Rodríguez-Rata, Alexis|data=14 de junho de 2020|publicado=[[La Vanguardia]] {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> |
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Dado seu potencial, a maioria das potências espaciais, como [[Estados Unidos]], [[China]], [[Rússia]] ou [[Índia]], estão experimentando uma possível exploração do solo lunar.<ref>{{citar web|url=https://www.elconfidencial.com/alma-corazon-vida/2018-07-08/el-combustible-que-acabara-con-todas-nuestras-necesidades-de-energia_1584861/|título=El combustible que dará toda la energía necesaria lo puede tener India|autor=Zamorano, Enrique|data=8 de julho de 2018|publicado=[[El Confidencial]] {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Por enquanto, a viabilidade de exploração comercial ainda não foi demonstrada.<ref>{{citar web|url=https://www.uv.es/uvweb/unidad-cultura-cientifica-innovacion-catedra-divulgacion-ciencia/es/the-conversation/exploracion-luna-nueva-carrera-espacial-1286096356772/GasetaRecerca.html?id=1286093143261|título=La exploración de la Luna: ¿una nueva carrera espacial?|autor=Barrado Navascués, David Barrado|data=12 de setembro de 2019|publicado=[[Universidade de Valência]] {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> Pode ser encontrado na Lua, mas existem apenas 20 partes de hélio-3 por bilhão de solo lunar, e uma máquina capaz de trabalhar o [[regolito]] para extrair o combustível ainda não foi desenvolvida. A isso deve ser adicionado o custo de transportá-lo de volta à Terra.<ref>{{citar web|url=https://www.youtube.com/watch?v=f4cbHgcOcGc|título=La Fusión Nuclear: Domar la Energía de las Estrellas "Explicado"|autor=mario norberto BITZ|data=2017|publicado=[[YouTube]] {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> |
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=== Uso na fusão nuclear === |
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A experimentação em reatores de [[fusão nuclear]] experimentais (''[[Tokamak]]s'') é realizada com [[deutério]] e [[trítio]]. A possibilidade de uma futura aplicação do hélio-3 neste processo deve-se às vantagens comparativas com o trítio dadas as suas propriedades. Estes se resumem em maior facilidade no manuseio do material e seus resíduos e maior segurança em caso de acidente.<ref name="Xataka"/> |
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O resultado da fusão entre um núcleo de hélio-3 e um de deutério é o mesmo que no caso de trítio e deutério. A única diferença é que no primeiro caso é liberado um [[próton]] que, tendo carga positiva, pode ficar retido dentro de um [[campo magnético]], evitando sua degradação e a do recipiente. Além disso, em caso de acidente, a reação pararia automaticamente e não liberaria radioatividade, pois tanto o hélio-3 quanto o deutério são isótopos estáveis e, portanto, não radioativos.<ref name="Xataka"/> |
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Além de seu uso como fonte de energia na Terra, sua possível aplicação [[astronáutica]] vem sendo investigada. O DFD ([[Direct Fusion Drive]]) é um motor de [[foguete de fusão]] em desenvolvimento, que usaria hélio-3. Segundo os pesquisadores, seu desenvolvimento final é o primeiro passo para encurtar as [[Viagem interplanetária|viagens interplanetárias]].<ref>{{citar web|url=https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2021-03-16/nave-espacial-fusion-nuclear-iter-elon-musk_2992447/|título=Idean una nave espacial de fusión nuclear que acorta el viaje a Marte a un mes|autor=Díaz, Jesús|data=16 de março de 2021|publicado=El Confidencial {{es}}|acessodata=17 de abril de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> |
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Os dois principais problemas na aplicação do hélio-3 na fusão nuclear são a sua escassez na Terra e a dificuldade em conseguir as condições necessárias para a fusão.<ref name="Xataka"/> |
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== Veja também == |
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Revisão das 19h01min de 17 de abril de 2022
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3,02 unidade de massa atómica 3,02 unidade de massa atómica |
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| Precedido por |
helium-2 (en) |
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O hélio-3, abreviado por He-3, às vezes chamado em inglês de tralphium,[1], ou, aportuguesando, trálfio, é uma forma isotópica não-radioativa do hélio com dois prótons e um nêutron no núcleo atômico.
Descrição
Os núcleos de hélio-3 consistem em dois prótons, mas apenas um nêutron, em contraste com o átomo original de hélio, que possui dois prótons e dois nêutrons. Sua existência foi proposta em 1934 pelo físico nuclear australiano Marcus Oliphant enquanto, no Laboratório Cavendish na Universidade de Cambridge, num experimento em que alguns átomos de deutério (isótopo do hidrogênio) reagiram mais rapidamente que outros (a primeira demonstração de fusão nuclear).[2]
O He-3 foi postulado para ser um isótopo radioativo até que átomos dele fossem identificados naturais na atmosfera (que é principalmente de He-4) por Luis Walter Alvarez e Robert Cornog em um experimento num cíclotron no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley em 1939.[3] Apesar de o hélio-3 ser aproximadamente dez mil vezes mais raro que o hélio-4 na Terra, a sua presença significativa em depósitos de gás subterrâneos implicou que ele não se deteriorasse ou que tivesse um tempo de vida semelhante à do isótopo primordial. O hélio-3 aparece como um nuclídeo primordial, escapando da crosta terrestre para o espaço ao longo do tempo.
O hélio-3 é proposto como um combustível da segunda geração da fusão nuclear (ver: fusão aneutrônica) para usos energéticos de fusão, mas esses sistemas ainda estão em fase experimental e de desenvolvimento. o He-3 é utilizado na detecção de nêutrons e de temperaturas extremamente baixas de criogenia. Tem sido usado como um gás magnetizável hiperpolarizado para formar imagens magnéticas para estudos.
Propriedades físicas
Devido à sua baixa massa atômica (3,0160293 u), o He-3 tem propriedades significativamente diferentes do He-4 (4,0026 u). Devido à fraca interação por indução de dipolo-dipolo entre os átomos de hélio 3, suas propriedades macroscópicas são principalmente determinadas pela energia de ponto zero; as propriedades microscópicas do He-3 também fazem com que ele tenha maior energia de ponto zero que o He-4. Isso significa que o He-3 pode superar a interação dipolo-dipolo com menos energia térmica que o He-4. O hélio-3 ferve a 3,19 Kelvin (-269,96 ºC), baixo comparado ao hélio-4, que ferve a 4,23 Kelvin (-268,92 ºC), e seu ponto crítico também é menor do que 3,35 K (-269,8 ºC), comparado ao do hélio-4, que é 5,19 K (-267,96ºC). Tem menos da metade da densidade quando o líquido está no ponto de ebulição: 0,059 g/ml, a do hélio-4 é 0,12473 g/ml. O seu calor latente de vaporização é também consideravelmente menor, 0,026 kJ/mol, comparado ao hélio-4 que é 0,0829 kJ/mol.[4]
Limite de velocidade
O superfluido hélio-3 parece um vácuo para uma haste que se move através dele, embora seja um líquido relativamente denso. Não há resistência, absolutamente nenhuma. Objetos que se movem através do superfluido hélio-3 não têm limite de velocidade.[5]
Reservas e usos
Ele é muito raro na Terra e é procurado para atividades de pesquisas sobre fusão nuclear. Acredita-se que o gás exista em abundância na Lua (incorporado na camada superior do regolito pela ação de ventos solares durante bilhões de anos) e nos grandes planetas gasosos do Sistema Solar (deixado lá durante a nebulosa solar original), embora ainda em baixa quantidade (28 partes por milhão do regolito lunar é hélio-4 e entre 1 a 50 partes são de hélio-3).[6][7]
As reservas de hélio-3 na Terra são escassas devido ao papel da atmosfera terrestre como escudo protetor contra a radiação. Por outro lado, a situação na Lua é diferente, pois a superfície lunar, não tendo atmosfera, está muito mais exposta à radiação.[8] Como em Marte, isso causa o acúmulo de grandes quantidades de hélio-3, hidrogênio, carbono, nitrogênio, etc. transportados pelo vento solar.[9] Segundo estimativas da Bloomberg, as reservas lunares de hélio-3 poderiam suprir a demanda mundial de energia por 250 anos.[10] Isso levou alguns a definirem o hélio-3 como o "ouro lunar".[11]
Dado seu potencial, a maioria das potências espaciais, como Estados Unidos, China, Rússia ou Índia, estão experimentando uma possível exploração do solo lunar.[12] Por enquanto, a viabilidade de exploração comercial ainda não foi demonstrada.[13] Pode ser encontrado na Lua, mas existem apenas 20 partes de hélio-3 por bilhão de solo lunar, e uma máquina capaz de trabalhar o regolito para extrair o combustível ainda não foi desenvolvida. A isso deve ser adicionado o custo de transportá-lo de volta à Terra.[14]
Uso na fusão nuclear
A experimentação em reatores de fusão nuclear experimentais (Tokamaks) é realizada com deutério e trítio. A possibilidade de uma futura aplicação do hélio-3 neste processo deve-se às vantagens comparativas com o trítio dadas as suas propriedades. Estes se resumem em maior facilidade no manuseio do material e seus resíduos e maior segurança em caso de acidente.[8]
O resultado da fusão entre um núcleo de hélio-3 e um de deutério é o mesmo que no caso de trítio e deutério. A única diferença é que no primeiro caso é liberado um próton que, tendo carga positiva, pode ficar retido dentro de um campo magnético, evitando sua degradação e a do recipiente. Além disso, em caso de acidente, a reação pararia automaticamente e não liberaria radioatividade, pois tanto o hélio-3 quanto o deutério são isótopos estáveis e, portanto, não radioativos.[8]
Além de seu uso como fonte de energia na Terra, sua possível aplicação astronáutica vem sendo investigada. O DFD (Direct Fusion Drive) é um motor de foguete de fusão em desenvolvimento, que usaria hélio-3. Segundo os pesquisadores, seu desenvolvimento final é o primeiro passo para encurtar as viagens interplanetárias.[15]
Os dois principais problemas na aplicação do hélio-3 na fusão nuclear são a sua escassez na Terra e a dificuldade em conseguir as condições necessárias para a fusão.[8]
Veja também
Referências
- ↑ from tri alpha named by George Gamow Owen Gingerich (1999). «Report on the Progress in Stellar Evolution to 1950». Astrophysics and Space Science. 267 (1–4): 3–31. Bibcode:1999Ap&SS.267....3G. doi:10.1023/A:1002711422064
- ↑ Oliphant, M. L. E.; Harteck, P.; Rutherford, E. (1934). «Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen». Proceedings of the Royal Society of London. A. 144 (853): 692–703. Bibcode:1934RSPSA.144..692O. JSTOR 2935553. doi:10.1098/rspa.1934.0077
- ↑ «Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error». Newsmagazine Publication. 1981. Consultado em 1 de setembro de 2009
- ↑ Teragon's Summary of Cryogen Properties Teragon Research, 2005
- ↑ «Why objects moving through superfluid lack a speed limit?». Tech Explorist (em inglês). 21 de setembro de 2020. Consultado em 21 de setembro de 2020
- ↑ Slyuta, E. N.; Abdrakhimov, A. M.; Galimov, E. M. (12–16 de março de 2007). The Estimation of Helium-3 Probable Reserves in Lunar Regolith (PDF). 38th Lunar and Planetary Science Conference. 2175 páginas
- ↑ F. H. Cocks (2010). «3He in permanently shadowed lunar polar surfaces». Icarus. 206 (2): 778–779. Bibcode:2010Icar..206..778C. doi:10.1016/j.icarus.2009.12.032
- ↑ a b c d Lopez, Juan Carlos (9 de julho de 2019). «Hay al menos una razón por la que merece la pena volver a la Luna: recoger su abundante helio-3 y usarlo en la fusión nuclear». Xataca (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ Martínez Frías, Jesús (5 de dezembro de 1998). «Los recursos geológicos de Marte». El País (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ Kotoky, Anurag (26 de junho de 2018). «The quest to find a trillion dollar nuclear fuel on the moon». Bloomberg (em inglês). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ Rodríguez-Rata, Alexis (14 de junho de 2020). «El Salvaje Oeste llega a la Luna». La Vanguardia (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ Zamorano, Enrique (8 de julho de 2018). «El combustible que dará toda la energía necesaria lo puede tener India». El Confidencial (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ Barrado Navascués, David Barrado (12 de setembro de 2019). «La exploración de la Luna: ¿una nueva carrera espacial?». Universidade de Valência (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ mario norberto BITZ (2017). «La Fusión Nuclear: Domar la Energía de las Estrellas "Explicado"». YouTube (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
- ↑ Díaz, Jesús (16 de março de 2021). «Idean una nave espacial de fusión nuclear que acorta el viaje a Marte a un mes». El Confidencial (em castelhano). Consultado em 17 de abril de 2022
