Cantitatea totală de heliu-3 într-o atmosferă a pământului este estimată la 35 000 de tone. Debitul de manta în atmosferă (prin vulcani si defecte in cortexul) de mai multe kilograme pe an. Regolitului lunar heliu-3 se acumulează treptat în sute de milioane de ani de expunere de vântul solar. Ca rezultat, lot tone lunar conținea 0,01 g de heliu-3 și heliu-g 28 4; Acest raport izotopic (
0,04%) au fost semnificativ mai mari decât în atmosferă.
planuri ambițioase pentru minerit-heliu 3 pe luna, cu toată seriozitatea să ia în considerare nu numai liderii spațiului (România și Statele Unite), dar și nou-veniții (China și India) sunt legate de speranțe, care conferă izotopul de energie. reacția nucleară 3He + D → 4He + p are o serie de avantaje față de cele mai realizabile în condiții terestre reacției deuteriu-tritiu a T + D → 4He + n.
Aceste avantaje includ de zece ori mai mic flux de neutroni din zona de reacție, care reduce drastic radioactivitatea și degradarea materialelor structurale ale reactorului indus. Mai mult, unul dintre produșii de reacție - protoni - spre deosebire de neutroni sunt captate și pot fi utilizate cu ușurință pentru a genera electricitate suplimentară. Și în care heliu-3 și deuteriu sunt inactive, depozitarea acestora nu necesită precauții speciale, în timp ce accidentul miezul reactorului cu depresurizare de eliberare radioactivitate este aproape de zero. Au reacție deuteriu-heliu și dezavantaj serios - prag mai semnificativ la temperaturi ridicate (necesita aproximativ un miliard de temperatura de grade pentru începerea reacției).
În timp ce toate acestea este viitorul, heliu-3 este extrem de în cerere acum. Cu toate acestea, nu pentru putere, și pentru fizica nucleară, industria criogenice și medicină.
Imagistica prin rezonanta magnetica
De la introducerea sa in imagistica medicala prin rezonanta magnetica (IRM) a devenit una dintre principalele metode de diagnostic care permit, fără nici un pericol să se uite „în interiorul“ a diferitelor organe.
Aproximativ 70% din greutatea corpului uman reprezintă hidrogen, al cărui nucleu, proton, și are o anumită rotire a momentelor magnetice asociate. Dacă un proton plasat într-un câmp magnetic constant extern, spin și momentul magnetic orientat de-a lungul unui câmp, sau față, în care energia protonului în primul caz va fi mai mică decât în al doilea. Proton poate fi tradus dintr-un prim stat la un al doilea, trecându-l o energie bine definită egală cu diferența dintre nivelurile de energie - de exemplu, prin iradierea cu raze de frecvență a câmpului electromagnetic.
Acesta este proiectat și RMN-ul, dar el descoperă nici un protoni individuale. Dacă o probă care conține un mare număr de protoni într-un câmp magnetic puternic, numărul de protoni cu moment magnetic îndreptate spre și de-a lungul câmpului va fi aproximativ egal. În cazul de începere a iradia proba cu radiații electromagnetice de frecvență strict definite, toate protonii cu un moment magnetic (și de spin) „de-a lungul câmpului“ inversat poziția de finisare „spre teren.“ Astfel, există o absorbție de rezonanță a energiei, și în timpul procesului de revenire la starea inițială, numită relaxare, - re emisii de energie produsă, care poate fi detectat. Acest fenomen este cunoscut sub numele de rezonanță magnetică nucleară, RMN. Polarizarea medie a substanței, care determină semnalul util cu RMN, este direct proporțională cu câmpul magnetic extern. Pentru a obține un semnal care poate fi detectat și separat de zgomotul, este nevoie de un magnet supraconductor - numai el este capabil de a crea un câmp magnetic de ordinul a 1-3 Tesla.
gaz magnetic
scanner MR „vede“, prin urmare, acumularea de protoni este foarte potrivit pentru studiul și diagnosticul țesuturilor moi și organe care conțin cantități mari de hidrogen (în principal, sub formă de apă), și, de asemenea, face posibilă deosebirea între proprietățile magnetice ale moleculelor. In acest fel este posibil, de exemplu, pentru a distinge de sânge conținând hemoglobina arterial (purtător de oxigen bazic în sânge) din venos care conțin paramagnetică deoxyhemoglobin, - pe baza acestei fMRI (IRM functional), care permite de a urmări activitatea neuronilor creierului.
Dar, din păcate, o astfel de tehnică minunat, MRI, aceasta nu este potrivit pentru studiul pulmonar umplut cu aer (chiar dacă este umplut cu hidrogen, semnalul din mediul gazos până la o densitate scăzută este prea slabă împotriva zgomotului de fond). Și țesuturile moi ale plămânilor nu este bine vazut de IRM, deoarece acestea sunt „poros“ și conțin puțin hidrogen.
Este posibil pentru a obține în jurul valorii de această limitare? Este posibil, dacă vom folosi de gaz „magnetizat“ - în acest caz, polarizarea medie nu este determinată de un câmp extern, astfel încât toate (sau aproape toate) momentele magnetice sunt orientate în aceeași direcție. Acest lucru nu este science-fiction: în 1966 fizicianul francez Alfred Kastler a primit Premiul Nobel, cu formularea „pentru descoperirea și dezvoltarea de metode optice pentru studierea rezonanțelor hertziene în atomi“. El a lucrat la sistemele de spin polarizarea optică - adică doar „magnetizarea“ a gazelor (în particular, heliu-3) prin pompare optică în absorbția fotonilor rezonant cu polarizare circulară.
respira adanc
Cu toate acestea, RMN-ul nu este destul de standard, - tehnica sa bazat pe răspunsul este nu nuclei de hidrogen (protoni) și nuclee de xenon-129. În plus, gazul nu a fost destul de normal, și hyperpolarized, adică în avans „magnetizat“. Astfel sa născut o nouă metodă de diagnosticare, care a început în curând să fie utilizate în medicina umană.
Hyperpolarized de gaz (de obicei, amestecat cu oxigen) ajunge la cele mai îndepărtate adânciturile ale plămânilor, ceea ce face posibil pentru a obține imagine RMN cu o rezoluție de un ordin de mărime mai mare decât cele mai bune imagini cu raze X. Puteți construi chiar și o hartă detaliată a presiunii parțiale a oxigenului în fiecare zonă a plămânilor și apoi trage concluzii cu privire la calitatea fluxului sanguin și a difuziei de oxigen în capilare. Aceasta tehnica ne permite de a studia natura ventilației pulmonare în astmatici și controla procesul de respiratie pacientii in stare critica la nivel alveolar.
Avantajele IRM folosind gaze Hyperpolarized nu se opresc aici. Deoarece gazul este hyperpolarized, nivelul semnalului util este considerabil mai mare (aproximativ 10.000 de ori). Acest lucru înseamnă că nu este nevoie de câmpuri magnetice foarte puternice, și conduce la construirea așa-numitelor scanere IRM de câmp scăzut - acestea sunt mai ieftine, mai mobile și mult mai spațioase. În astfel de instalații, se utilizează electromagneți, creând un câmp de ordinul a 0,005 tesla, care este de sute de ori mai slabă decât cea a standardului MR.
Un mic obstacol
Deși experimentele timpurii în acest domeniu, realizat cu hyperpolarized xenon-129, a fost curând înlocuit cu un heliu-3. Este sigur, produce imagini mai clare decât xenon-129, are de trei ori momentul magnetic, rezultând într-un semnal mai puternic în RMN. Mai mult, imbogatirea xenon-129 din cauza apropierii sale cu cealalta masa izotopilor xenon - un proces costisitor, iar polarizarea realizabilă a gazului este substanțial mai mică decât cea a heliu-3. Mai mult decât atât, xenon-129 are un efect sedativ.
Dar dacă scanerele de câmp mici sunt simple și ieftine, de ce RMN-ul cu metoda de heliu hyperpolarized nu este utilizat în prezent în fiecare clinică? Există un obstacol. Dar ce!
Moștenirea războiului rece
Cu toate acestea, există speranță. Cu toate acestea, ele nu sunt aplicate lunar heliu-3 (producția rămâne o perspectivă îndepărtată) și tritiu este produsă în reactoare cu apă grele, cum ar fi CANDU, care sunt operate în Canada, Argentina, România, China și Coreea de Sud.