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El milagro del superfluido: ¿Qué fenómenos misteriosos muestra Helium-3 a temperaturas extremadamente bajas?
helio-3 (HE-3) es un isótopo de helio ligero y estable con dos protones y un neutrón.En comparación con el isótopo de helio más común-helio-4 (con dos protones y dos neutrones), el helio-3 y el hidrógeno ordinario (hidrógeno-1) son los únicos nucleidos estables con más protones que los neutrones.Helium-3 se descubrió por primera vez en 1939 y se considera una parte importante del universo.
helio-3 se considera una fuente ideal de energía para futuras fusiones nucleares.
En las propiedades físicas del helio-3, su bajo peso atómico lo hace muy diferente del helio-4.La masa relativa de helio-3 es 3.016 U, mientras que la masa de helio-4 es 4.0026 U, lo que la hace determinar principalmente por su energía de punto cero en términos de propiedades físicas microscópicas.Sus cambios en la fase atmosférica han atraído una gran atención de los científicos, especialmente en términos de propiedades superfluidos.Cuando Helium-3 tiene temperaturas extremadamente bajas, se revela esta propiedad única, lo que nos hace esperar sus posibles perspectivas de aplicación.
Propiedades superfluidas de Helium-3
Las propiedades superfluidas de Helium-3 son una de sus características más llamativas.A diferencia de la condensación de Bose-Einstein de helio-4, los átomos de helio-3 son fermiones, lo que significa que a temperaturas extremadamente bajas, sus átomos formarán una estructura similar a los pares de Cooper.Estos pares pueden fluir sin ninguna fricción, y este estado se llama superfluida.
En la década de 1970, los científicos David Lee, Douglas Osherro y Robert Coleman Richardson descubrieron dos fases superfluidas de Helium-3 y ganaron el Premio Nobel de 1996 por esto.
Las propiedades superfluidos de Helio-3 se pueden observar en dos órdenes de fase diferentes: la fase A y la fase B.La fase A es estable a alta temperatura y alta presión, y también muestra las características de la rotura simétrica bajo la influencia de campos magnéticos externos.La investigación sobre este proceso representa una materia condensada muy pura, lo que permite a los científicos experimentar con él con mayor precisión.
Aplicación potencial de helio-3
helio-3 no solo juega un papel importante en la investigación física, sino que también tiene un amplio potencial de aplicación en muchos campos.Primero, Helium-3 ha tenido un buen desempeño en los instrumentos de detección de neutrones, especialmente en aplicaciones de seguridad nuclear e investigación científica.Debido a que el helio-3 tiene una sección transversal de alta absorción para neutrones térmicos, a menudo se usa como gas de conversión para detectores de neutrones.Estas características hacen que el helio-3 sea una parte importante de la tecnología de detección de seguridad.
helio-3 también se puede usar en la tecnología de refrigeración de temperatura ultra baja, y el refrigerador de helio-3 derivado puede reducir la temperatura a un rango de 0.2 a 0.3 Kelvin.
En el campo de las imágenes médicas, Helium-3 también demuestra su contribución única.Sus propiedades de giro nuclear permiten que el helio-3 polarizado se use en estudios de imágenes de ventilación pulmonar.Esta tecnología es muy crítica para el diagnóstico y el tratamiento del tratamiento de enfermedades respiratorias crónicas.
Las perspectivas futuras de Helium-3
Como la creciente demanda de energía limpia, el valor del helio-3 continuará aumentando.La minería de los recursos interestelares y el desarrollo potencial de helio-3 en la superficie de la luna han atraído una atención generalizada de los círculos científicos e industriales.Muchas personas creen que el helio-3, como combustible para las reacciones de fusión nuclear, puede proporcionar una energía limpia sin fin para los humanos.
Pero con la escasez de recursos de helio-3, cómo desarrollar y utilizar efectivamente este valioso recurso sigue siendo un tema candente en la investigación actual.¿Si estos desafíos pueden superarse pueden determinar hasta dónde llegará la humanidad en el camino hacia la sostenibilidad energética en el futuro?
