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Le miracle de Superfluid: quels phénomènes mystérieux Hélium-3 montrent-ils à des températures extrêmement basses?
Helium-3 (HE-3) est un isotope d'hélium léger et stable avec deux protons et un neutron.Par rapport à l'hélium-4 hélium d'hélium les plus courants (avec deux protons et deux neutrons), l'hélium-3 et l'hydrogène ordinaire (hydrogène-1) sont les seuls nucléides stables avec plus de protons que les neutrons.L'hélium-3 a été découvert pour la première fois en 1939 et est considéré comme une partie importante de l'univers.
Helium-3 est considéré comme une source d'énergie idéale pour la fusion nucléaire future.
Dans les propriétés physiques de l'hélium-3, son faible poids atomique le rend très différent de l'hélium-4.La masse relative de l'hélium-3 est de 3,016 U, tandis que la masse de l'hélium-4 est de 4,0026 U, ce qui le rend principalement déterminé par son énergie à point zéro en termes de propriétés physiques microscopiques.Ses changements de phase atmosphérique ont attiré une grande attention des scientifiques, en particulier en termes de propriétés superfluides.Lorsque l'hélium-3 est à des températures extrêmement basses, cette propriété unique est révélée, nous faisant attendre avec impatience ses perspectives de demande potentielles.
Propriétés superfluides de l'hélium-3
Les propriétés superfluides de l'hélium-3 sont l'une de ses caractéristiques les plus accrocheuses.Contrairement à la condensation de Bose-Einstein de l'hélium-4, les atomes de l'hélium-3 sont des fermions, ce qui signifie qu'à des températures extrêmement basses, leurs atomes formeront une structure similaire aux paires de Cooper.Ces paires peuvent couler sans aucune friction, et cet état est appelé superfluide.
Dans les années 1970, les scientifiques David Lee, Douglas Osherro et Robert Coleman Richardson ont découvert deux phases superfluides de l'hélium-3 et ont remporté le prix Nobel de la physique 1996.
Les propriétés superfluides de l'hélium-3 peuvent être observées dans deux ordres de phase différents - phase A et phase B.La phase A est stable à haute température et à haute pression, et montre également les caractéristiques de la rupture symétrique sous l'influence des champs magnétiques externes.La recherche sur ce processus représente une question condensée très pure, qui permet aux scientifiques de l'expérimenter plus précisément.
Application potentielle de l'hélium-3
Helium-3 joue non seulement un rôle important dans la recherche physique, mais a également un large potentiel d'application dans de nombreux domaines.Premièrement, l'hélium-3 a bien fonctionné dans les instruments de détection de neutrons, en particulier dans les applications de la sécurité nucléaire et de la recherche scientifique.Étant donné que l'hélium-3 a une section transversale d'absorption élevée pour les neutrons thermiques, il est souvent utilisé comme gaz de conversion pour les détecteurs de neutrons.Ces caractéristiques font de l'hélium-3 une partie importante de la technologie de détection de sécurité.
Helium-3 peut également être utilisé dans la technologie de réfrigération à température ultra-bas, et le réfrigérateur d'hélium-3 dérivé peut réduire la température à une plage de 0,2 à 0,3 Kelvin.
Dans le domaine de l'imagerie médicale, Helium-3 démontre également sa contribution unique.Ses propriétés de spin nucléaire permettent d'utiliser l'hélium-3 polarisée dans les études d'imagerie de la ventilation pulmonaire.Cette technologie est très critique pour le diagnostic et la gestion du traitement des maladies respiratoires chroniques.
Les perspectives d'avenir de l'hélium-3
En tant que demande croissante d'énergie propre, la valeur de l'hélium-3 continuera d'augmenter.L'exploitation des ressources interstellaires et le développement potentiel de l'hélium-3 à la surface de la lune ont attiré une attention généralisée des milieux scientifiques et industriels.Beaucoup de gens croient que l'hélium-3, en tant que carburant pour les réactions de fusion nucléaire, peut fournir une énergie propre sans fin aux humains.
mais avec la pénurie de ressources d'hélium-3, comment développer et utiliser efficacement cette précieuse ressource reste un sujet brûlant dans la recherche actuelle.Que ces défis puissent être surmontés peuvent déterminer jusqu'où l'humanité ira-t-elle à la durabilité énergétique à l'avenir?
