月壤中的氦-3

除了极少数非常陡峭的山脉与撞击坑和火山通道的峭壁外,整个月球表面几乎都被一层厚度不等的月尘、岩屑和岩块的混合堆积物即月壤所覆盖。由于月球无大气层等特殊环境,太阳光长驱直入,太阳风粒子直接注入到月壤细小颗粒上使月壤中富含稀有气体等太阳风粒子组分。本文在系统阐述月壤的形成过程与形成机制的基础上,分析了月壤中稀有气体的来源及其浓度与月壤的成熟度、月壤颗粒大小、月壤矿物组成和化学成分的相关关系,进而利用已有的探测数据和分析结果,对月壤中氦 3资源的开发利用前景进行了初步评估。

氦-3低温热物性数值研究

在广泛收集和整理文献数据的基础上 ,自行开发了氦 3热物性数据计算程序 ,它适用于温度 1K～ 1 0 0K ,压力 1 0MPa以内的使用范围。以压力、温度、比容 (或密度 )、焓、熵、内能中任意两个作为输入参量 ,可以计算其余热力参量、热导率以及动力粘度等输运性质。输入输出单位制种类齐全 ,可任意互换。在上述区间内 ,计算具有连续性 ,最大误差在 5‰以内。

氦-3热力学状态方程框架

本文构建了低温流体3He状态方程的总体研究框架,它以温度和密度为独立变量,采用Helmholtz能形式表述 3He的热力性质依赖关系。在此基础上,推导了基于Helmholtz能形式基本状态方程的各热力学性质表达式。

饱和液体氦-3的粘度性质

文中揭示了低温液态氦-3在其饱和蒸气压下粘度随温度状态参数变化的反常规律,首次提出了3He在0.003K至其临界温度3.3157K温区内完整的气液相平衡曲线粘度方程。该方程计算值与高精度实验数据偏差小于±0.7%,并且在极低温条件下光滑过渡为由量子理论预测的理论极限。这项工作是研究氦-3在整个温度和压力区间上粘度性质行为特性的起点,不仅是构建全区间粘度方程的重要边界,而且对于理解费米-狄拉克量子统计规律在低温下的作用规律具有指导意义。

氦-3熔化压力方程

在广泛收集实验数据和理论关联式的基础上,提出了低温流体3He的宽温区、高精度熔化压力方程。该方程采用国际标准单位制,首次以统一而非分段的形式描述了3He在0．001 K-30 K宽温区熔化压力与温度的关系,方程计算值相对于406个实验数据点的最大和平均偏差分别为3．02％和0．106％。计算表明,该方程在0．31586 K时存在最小压力 2．93113 MPa,这一结论与以往的实验和理论研究非常吻合。

氦-3分布特征及其在核燃料方面应用

从地球上和外太空等几方面对氦-3资源的储量和分布特征进行了综述,并从利用核聚变能发电和核聚变火箭推动器等对氦-3在核燃料领域的应用进行了介绍。

氦-3在海洋中的分布特征

本文介绍了海洋中氦(He)的理化特性,过量氦-3及其同位素在太平洋、大西洋及黑海的分布,氦-3的饱和异常以及放射产生的氦经由海底输入海水中的过程。因He独特的地球化学行为,使其成为研究深海水团的涡流扩散和混合过程的良好示综剂。

徐进章：氦-3（3He）极化靶的今生来世

近日，合肥工业大学徐进章研究团队成功研制出“氦-3极化靶”以后，很多人询问氦-3极化靶是个什么东西？有什么用处？有的入在网上进行了搜索，找到了关于“极化靶”的概念，但是目前网络上的极化靶概念与氦-3极化靶的概念有所区别。

采用对应态原理预测氦-3的p-v-T性质

本文以~4He和Ne作为参考流体,采用四种对应态原理形式分别对氮-3的p-v-T性质进行了预测.结果表明,采用量子三参数对应态原理预测氦-3低密度下的p-v-T性质具有较高精度和较广的预测范围.

月球氦-3资源的原位开采热释放行为研究

月球氦-3资源的原位利用不仅可以解决深空探测的能源供给问题,而且能够极大地减少深空探测的成本.选取钛铁矿作为月壤的代表矿物,建立了氦-3原子以空位和间隙两种缺陷赋存于钛铁矿中的分子动力学模型,阐述了不同温度下氦-3原子在钛铁矿中的扩散和释放行为.模拟计算结果表明:当氦-3在钛铁矿中扩散时,这些原子倾向于聚集成气泡.根据氦-3释放量随温度的增长率,整个加热释放的过程可以划分为两个阶段.月球氦-3资源原位开采的最优加热温度应在1000K以上,该温度下以不同形式赋存的氦-3均可以大量释放.

氦-3回路中氚的辐射安全分析

氚安全是确保燃料元件堆内功率瞬态试验的关键因素之一。本文首先分析了氚的来源和危害,提出了氦-3回路氚的防护和去污措施,然后讨论了氚在正常运行和事故时释放到包容箱和工艺间的量和处理措施,最后评价了氦-3系统发生不同安全措施失效的事故情况下工作人员的氚内照射剂量。结果表明:系统正常运行时工作人员所受最大剂量为1. 27μSv/d,除了氚安全措施全部同时失效且HT短时间全部被氧化成HTO的极限事故以外,在一般事故情况下氚对工作人员产生的最大剂量小于10 m Sv。

0.2K^300K温区氦-3的p-h和T-s图

基于最新的德拜模型氦-3状态方程、氦-3饱和曲线特征方程和熔化曲线特征方程编写了氦-3热物性计算程序。在大量热物性的计算数据的基础上绘制了氦-3在0.2 K^300 K,0.000 1MPa^30 MPa范围内的p-h图和T-s图。与先前基于实验数据绘制的0.2 K^20 K温区氦-3的p-h图和T-s图相比,该图的绘制是建立在热力学理论计算的基础之上,适用温区得到了拓展,随机误差一般在2%以内。

氦-3的汽化热和熔解热

基于C lausius-C lapeyron方程、维里方程和最新开发的氦-3相平衡曲线方程计算了氦-3在平衡曲线上的两个重要性质:汽化热(0 K^3.315 7 K)和熔解热(0.001 K^35 K)。计算结果覆盖的温度范围广,精度也满足工程应用的需求。

采用常规状态方程计算氦-3热力性质的可行性研究

3He作为一种特殊的工质在低温工程、基础物理学和空间技术等领域获得重要应用,这些应用需要可靠的3He热力学性质数据。但是目前没有适用于3He的宽范围状态方程。不仅如此,而且有关的热物性实验数据也十分稀缺,这给应用3He的研究人员带来了困难。本文基于全面收集和整理有关3He的各类数据,通过编写计算机程序,考察了五种常用的状态方程(理想气体状态方程,范德瓦尔方程,RK方程,RKS方程和PR方程)用于计算3He在4K^100K温区定压下比容-温度关系的可行性,并将计算结果与实验数据进行了比较。这些比较结果将为3He状态方程的研究提供有价值的参考。

俄罗斯科学家曾宣称月球上有大量的氦-3潜在能源

中新网2011年4月8日报道，俄罗斯总理普京在纪念加加林太空飞行50周年的关于空间计划的会议上承诺，将在20年内建立月球基地，作为人类登陆火星的补给站。

月球氦-3能源可供人类用万年

“10t氦-3经过核聚变产生的能量，足够维持全世界1年的消耗。”我国探月工程首席科学家欧阳自远院士表示．“初步估算，月球上蕴藏的氦-3可供人类使用1万多年。”

月球氦-3能源可供人类用万年

在今年7月21日举行的探月工程报告会上，我国探月工程首席科学家欧阳自远院士表示：“初步估算，月球上蕴藏的氦-3可供人类使用一万多年。”

超流体氦-3的磁性图谱

氦-4和氦-3这两种物质在非常低的温度下都会变成超流体，不过，从量子力学的角度来看，同为超流体的这两种同位素差异巨大。通过磁相互作用，氦-3原子会结成对，在这个过程中产生超流性。正是这些磁特性决定了超流体的特性。科学家对极端条件下的这些超流体进行深入研究。在极低的温度条件下（不到绝对零度之上的千分之一度），在只有几百纳米粗（人一根头发的1／50到1／100）的超薄腔体中，将液体控制在压力之下。此时，氦-3原子（更准确地说是构成超流体的成对原子）的行为会受到这种一维运动的限制。