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低溫物理研究中氦氣的用途有哪些

文章出處：責任編輯：人氣：-發表時間：2014-11-08 09:08:00【大中小】

氦氣是一種制冷效果極好的惰性極強的稀有元素，也是唯一一個能在絕對零度時保持液體狀態的物質（也可稱為超流體）。氦氣的同位素有許多種，最常見的是氦3和氦4。氦4是我們平常最常用的氦氣同位素，一般來源與某些特殊的天然氣井的開采，而氦3則來自于放射性元素衰變的產物。實際上想要人工合成氦3非常困難，但是氦3卻是低溫物理學中離不開的“氧氣”，離開氦3許多低溫物理研究將會直接停擺，而許多基于液氦制冷的科學、醫療實驗儀器也將停擺。那么低溫物理研究中氦氣的用途有哪些呢？為何氦3顯得如此珍貴？

低溫物理研究中氦氣的用途

其實低溫物理研究中氦氣的用途很簡單，就是制冷！氦氣是已知沸點最低的物質，液態氦是一種與眾不同的液體，它在零下269℃就沸騰了，利用這個特性就可以滿足許多物理實驗中需要的低溫條件。實際上低溫物理研究中氦氣的用途之一就是填充大型中子散放裝置。比如在日本東海新建成的日本質子加速器研究園區，這個項目每年需要消耗的氦-3數量超過10萬升，而質子加速器研究也離不開液氦。除此之外，美國也是消耗氦3資源的大戶，低溫物理研究中氦氣的用途就有以氦-3填充的中子探測器（利用中子與摻入探測器中的某些原子核作用，包括核反應、核裂變或核反沖，所產生的次級粒子進行測量。這種技術能夠幫助美國杜絕放射性核原料自私，如钚和鈾等等！而低溫物理學家Van Sciver正在對液氦中的顆粒物質行為進行研究。他表示氦冷卻到更低的溫度，就會變成“超流體”，超流態的氦具有很多的奇異性質，他希望借助液氦最終能夠促使一個分離顆粒物質的新的低溫技術的產生。其實氦-3在醫學成像中也有重要作用。當患者吸入這種氣體后，研究人員就可通過核磁共振成像儀對其肺部成像。氦氣的用途真的很廣泛啊！

低溫物理研究中氦氣的用途很多時候都需要利用到氦的同位素，那么氦的同位素大家都了解么？看看下面的表格大家大概就清楚了！

符號	Z(p)	N(n)	同位素質量(u)	半衰期	原子核自旋
He2	2	0	2,02946,#	非常不穩定(假想粒子),#	0+,#（推測）
He3	2	1	3,0160293191(26)	穩定	1/2+
He4	2	2	4,002,603,254,15(6)	穩定	0+
He5	2	3	5,01222(5)	700(30)E-24,s,[0,60(2),MeV]	3/2-
He6	2	4	6,0188891(8)	806,7(15),ms	0+
He7	2	5	7,028021(18)	2,9(5)E-21,s,[159(28),keV]	(3/2)-
He8	2	6	8,033922(7)	119,0(15),ms	0+
He9	2	7	9,04395(3)	7(4)E-21,s,[100(60),keV]	1/2(-#)
He10	2	8	10,05240(8)	2,7(18)E-21,s,[0,17(11),MeV]	0+