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O milagre do superfluido: que fenômenos misteriosos o helium-3 mostra a temperaturas extremamente baixas?
Helium-3 (He-3) é um isótopo de hélio leve e estável com dois prótons e um nêutron.Comparado com o hélio isótopo de hélio mais comum (com dois prótons e dois nêutrons), o hélio-3 e o hidrogênio comum (hidrogênio-1) são os únicos nuclídeos estáveis com mais prótons que os nêutrons.O Helium-3 foi descoberto pela primeira vez em 1939 e é considerado uma parte importante do universo.
O helium-3 é considerado uma fonte ideal de energia para a fusão nuclear futura.
Nas propriedades físicas do hélio-3, seu baixo peso atômico o torna muito diferente do hélio-4.A massa relativa de hélio-3 é 3,016 U, enquanto a massa de hélio-4 é 4,0026 U, o que a torna principalmente determinada por sua energia de ponto zero em termos de propriedades físicas microscópicas.Suas mudanças na fase atmosférica atraíram grande atenção dos cientistas, especialmente em termos de propriedades superfluidas.Quando o helium-3 está em temperaturas extremamente baixas, essa propriedade única é revelada, fazendo-nos esperar suas perspectivas de aplicativos em potencial.
Propriedades superfluidas do hélio-3
As propriedades superfluidas do helium-3 são um dos recursos mais atraentes.Ao contrário da condensação de Bose-Einstein do hélio-4, os átomos do hélio-3 são férmions, o que significa que a temperaturas extremamente baixas, seus átomos formarão uma estrutura semelhante aos pares de cooper.Esses pares são capazes de fluir sem qualquer atrito, e esse estado é chamado de superfluida.
Na década de 1970, os cientistas David Lee, Douglas Osherro e Robert Coleman Richardson descobriram duas fases superfluidas de Helium-3 e ganharam o Prêmio Nobel de 1996 em física por isso.
As propriedades superfluidas do hélio-3 podem ser observadas em duas ordens de fase diferentes-fase A e Fase B.A fase A é estável a alta temperatura e alta pressão e também mostra as características da quebra simétrica sob a influência de campos magnéticos externos.A pesquisa sobre esse processo representa uma matéria condensada muito pura, que permite que os cientistas experimentem com mais precisão.
Aplicação potencial de hélio-3
Helium-3 não apenas desempenha um papel importante na pesquisa de física, mas também tem amplo potencial de aplicação em muitos campos.Primeiro, o helium-3 teve um bom desempenho em instrumentos de detecção de nêutrons, especialmente em aplicações em segurança nuclear e pesquisa científica.Como o helium-3 possui uma seção transversal de alta absorção para nêutrons térmicos, ele é frequentemente usado como gás de conversão para detectores de nêutrons.Essas características tornam o helium-3 uma parte importante da tecnologia de detecção de segurança.
O hélio-3 também pode ser usado na tecnologia de refrigeração de temperatura ultra baixa, e a geladeira derivada de hélio-3 pode reduzir a temperatura para uma faixa de 0,2 a 0,3 kelvin.
No campo da imagem médica, o Helium-3 também demonstra sua contribuição única.Suas propriedades de rotação nuclear permitem que o hélio polarizado-3 seja usado em estudos de imagem de ventilação pulmonar.Essa tecnologia é muito crítica para o diagnóstico e o gerenciamento do tratamento de doenças respiratórias crônicas.
As perspectivas futuras de hélio-3
Como crescente demanda por energia limpa, o valor do hélio-3 continuará a aumentar.A mineração dos recursos interestelares e o desenvolvimento potencial do hélio-3 na superfície da lua atraíram atenção generalizada dos círculos científicos e industriais.Muitas pessoas acreditam que o helium-3, como o combustível para reações de fusão nuclear, pode fornecer inúmeras energia limpa para os seres humanos.
Mas com a escassez de recursos de hélio-3, como desenvolver e utilizar efetivamente esse recurso valioso continua sendo um tópico importante na pesquisa atual.Se esses desafios podem ser superados podem determinar até que ponto a humanidade seguirá o caminho para a sustentabilidade energética no futuro?
