制造氫的同位素氚

目前可供獲得的He-3基本上都是通過(guò)氚的衰變得到的，而氚通過(guò)鋰的同位素Li-6 俘獲中子反應(yīng)產(chǎn)生。氚是一種極為重要的核武器原料：主要用于制造氫彈和提高原子彈裂變裝料的利用率，以提高裂變武器和熱核武器的爆知當(dāng)量，便之小型化。由于氚具有放射性，不穩(wěn)定，除了技術(shù)尚不成熟的海水提取法之外，直接從自然界中提取氦-3幾乎不可能。目前核武器所需的氚都是人生產(chǎn)的，即利用中和He-3反應(yīng)生產(chǎn)氚。

激光放大器工質(zhì)

在電子光學(xué)中，稀有氣體的混合物被廣泛用作激光放大器中的!在物質(zhì)，He-3 是其中重要的組分。有文獻(xiàn)報(bào)道了一例泵浦(Reactor pumped las en) He-3- Ar- Xe激光實(shí)驗(yàn)， 它利用熱中子和HE-3 的核反應(yīng)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能

  N+  He-3  → p + H3 + 0.76Mev 

（ n : 中子，  p ： 質(zhì)子 ）

表面探針

在表面科學(xué)中，由于He-3原子具有高度的表面靈敏度和完全的情性，可以作為很好的表面探針，而He-3自旋回聲(spin echo) 技術(shù)則成為研究表面內(nèi)和表面上緩慢運(yùn)動(dòng)的理想方法。

尋找宇宙暗物質(zhì)

天體物理上發(fā)現(xiàn)的實(shí)物證據(jù)有力地支持著關(guān)于在銀河系的光環(huán)中存在非重子暗物質(zhì)的論斷。在一些實(shí)驗(yàn)工作6) 的基礎(chǔ)上， May et等提出利用超流He-3作為靈敏的工作介質(zhì)用于搜尋超宇稱(chēng)暗物質(zhì)(Supersymmetric DarkMatter) 的基本設(shè)想； 。之后， 他們報(bào)道了·個(gè)直接尋找暗物質(zhì)的新型探測(cè)器計(jì)劃——MACHe-3(Matrix of Cells of superfluid He-3) ”， MACHe-3由1000個(gè)基本超流He-3單元組成，每個(gè)單元是一個(gè)體積約125mm的銅制立方體，其中充注了B相的超流體He-3。之所以采用He-3，是因?yàn)椋孩倏紤]到背景抑制等因素..超流He-3可以獲得極高的純度，其中唯一的雜質(zhì)是He-4，而它可以被忽略不計(jì)，這樣一來(lái)，流體介質(zhì)中沒(méi)有來(lái)自放射性物質(zhì)的污染，這正是作為靈敏介質(zhì)所必須具備的條件。(2)考慮到中性伴隨子(Neutralino) 探測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是雙重的。首先， 最大反沖能量只和中性伴隨子的質(zhì)量有輕微的依賴(lài)關(guān)系。從對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的最新結(jié)果”來(lái)看， 靶核(m=2.81GeV/e) 要比進(jìn)來(lái)的中性伴隨子(M， ≥32GeV/c2) 小得多。第二， He-3是1/2自旋的核子， He-3探測(cè)器主要對(duì)軸向作用敏感，這一點(diǎn)使得該儀器和其他儀器不同。

氦-3同位素質(zhì)譜儀測(cè)定技術(shù)

He-3是用于考古、地質(zhì)、水文等領(lǐng)域同位素質(zhì)譜學(xué)研究的一個(gè)極有價(jià)值的樣本。人們普遍認(rèn)為，He-3是原始的，自地球形成以來(lái)就殘留在地球內(nèi)部；而He-4是放射成因產(chǎn)物.，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程中，He-3和He-4不斷通過(guò)斷裂帶的裂隙通道向地表擴(kuò)散，但由于放射性物質(zhì)的作用，又不斷地使得He-4在地殼中累積。因此，在不同的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中，斷層構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)烈差異、介質(zhì)的滲透系數(shù)不同以及封存條件的不一致，導(dǎo)致地質(zhì)樣品中He-3/He-4、He-4/Ne”比值明顯不同。通過(guò)設(shè)計(jì)一臺(tái)用于地學(xué)研究的He-3/He-4比值質(zhì)譜計(jì)，便可測(cè)定一些地區(qū)不同地質(zhì)環(huán)境、不同物質(zhì)來(lái)源樣品中的He-3/He-4比值，從而為地質(zhì)分析提供參考依據(jù)。

利用氦-3研究太陽(yáng)的特征

太陽(yáng)中的熱核反應(yīng)產(chǎn)生了大量的He-3粒子。通過(guò)分析太陽(yáng)光譜中He-3成分的特征，可以間接研究太陽(yáng)的行為。自Schaeffer和Zah ringer 1”于1962年首次發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)高能粒子中He-3豐度的大幅富集現(xiàn)象之后，人們從實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和發(fā)展理論模型兩個(gè)方面對(duì)太陽(yáng)He-3富化行為進(jìn)行了大量的研究，這些結(jié)果對(duì)了解太陽(yáng)的運(yùn)行和發(fā)展規(guī)律提供了重要的參考線(xiàn)索。例如，有文獻(xiàn)]研究了太陽(yáng)中心He-3反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)的非線(xiàn)性特性，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)中心有“匯”速度場(chǎng)可以導(dǎo)致He-3核反應(yīng)擴(kuò)散系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，He-3的粒子數(shù)密度在狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中不守恒，密度總量增大了。換句話(huà)說(shuō)，太陽(yáng)中心He-3的密度通過(guò)反應(yīng)擴(kuò)散對(duì)流系統(tǒng)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)被增強(qiáng)，從而可抑制Be’和B太陽(yáng)中微子的產(chǎn)生。

氦-3中子探測(cè)器

在過(guò)去20多年間，中子探測(cè)技術(shù)得到不斷的細(xì)化，這一進(jìn)展主要?dú)w功于對(duì)中子結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)、合成物、凝聚態(tài)物質(zhì)磁化作用以及與高強(qiáng)度中子源的開(kāi)發(fā)和建設(shè)相結(jié)合等中子技術(shù)的研究。中子探測(cè)在核醫(yī)學(xué)及臨床診斷、核電站安全檢測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、核爆及隱藏核材料探測(cè)、空間物理學(xué)、航天航空和工業(yè)應(yīng)用等眾多領(lǐng)域都有著極其重要的意義。

自2001年的恐怖襲擊以來(lái)，國(guó)土安全部就開(kāi)始在邊境與全國(guó)各地都布設(shè)了中子正比計(jì)數(shù)器，以防對(duì)钚或其他武器材料的走私行為；并要求每年將20,000到25,000升3He用于這些計(jì)數(shù)器的消耗。美國(guó)還希望其他國(guó)家也將此種計(jì)數(shù)器布設(shè)在口岸處。

完美能源氦-3的獲取， 中國(guó)已經(jīng)在行動(dòng)

3He是氚衰變的產(chǎn)物，它是從核武器中收集而來(lái)的。在核武器中，氚被用來(lái)產(chǎn)生中子以提升钚的爆炸性。直到1988年，氚的制造一直是用于支持美國(guó)核武器計(jì)劃，因?yàn)樗翘嵘淦魍Φ囊粋€(gè)關(guān)鍵組成部分。自冷戰(zhàn)結(jié)束以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)減少其核武庫(kù)，從而使得氚和He-3的量都減少。同時(shí)，He-3的需求卻升高。氦-3在地球上含量非常少，人們已經(jīng)把目光投向了月球，2007年“嫦娥一號(hào)”的發(fā)射，再掀氦-3探測(cè)高潮。在對(duì)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星微波數(shù)據(jù)進(jìn)行一年多的分析后，發(fā)現(xiàn)月壤的氦-3 (He-3)存量預(yù)計(jì)達(dá)100萬(wàn)噸，轉(zhuǎn)化成核能后足夠地球使用1萬(wàn)年。

       （圖為典型的稀釋制冷機(jī)低溫探桿）

理想的聚變能資源

He-3的一個(gè)非常吸引人的應(yīng)用是它可作為理想的聚變反應(yīng)材料，以D-He-3為燃料

的聚變反應(yīng)堆可以產(chǎn)生潔凈和安全的聚變能。D-He-3聚變的主反應(yīng)過(guò)程為

D+He-3--p(14.7MeV)      ---  AA

反應(yīng)無(wú)放射性產(chǎn)物，產(chǎn)生的中子功率、激活放射性，衰變熱以及材料輻射損傷都要比其他的聚變反應(yīng)小得多。估算表明，中子功率古D-He-3聚變功率之比在5%左右”這就降低了對(duì)堆體輻射屏蔽的要求，同時(shí)部件壽命和磁場(chǎng)利用率都可以提高。由式(AA)可見(jiàn)，反應(yīng)過(guò)程伴隨著巨大的能量釋放。據(jù)估算，如果采用D-He-3核聚變發(fā)電， 1992年中國(guó)的用電總量只需8tHe-3就可滿(mǎn)足要求， 而全世界的年用電需求也基本上相當(dāng)為100T左右He-3的用量。月球表面的月壤中含有豐富的He-3，資源總量可達(dá)100萬(wàn)1-500萬(wàn)L這將為解決人類(lèi)能源危機(jī)提供一條極具潛力的途徑.

氦-3核磁共振

由于He-3量子上屬于奇自旋， 具有核磁矩， 因此在磁場(chǎng)中能夠發(fā)生核磁共振(NMR， Nuclear Magnetic Resonance) 。磁共振成像(MRI， Magnetic Resonance Imaging) 是一種現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床診斷的新方法。激光增強(qiáng)極化的He-3是一種非常理想的磁共振成像樣品，與常規(guī)的H(質(zhì)子) 或者Xel 129磁共振成像相比， 以He-3為樣品的磁共振成像具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)He-3具有更大的磁矩，比Xe129大2.7倍，因而在給定的極化率密度下其磁共振信號(hào)更大；

(2)具有很高的相對(duì)靈敏度；

(3)氣態(tài)He-3的縱向核自旋弛豫比氣態(tài)Xe-129更長(zhǎng)；

(4) 由激光抽運(yùn)技術(shù)(Optic al Pumping Technology) 自旋交換方法產(chǎn)生He-3的極化率可達(dá)50%或者更高；

(5) He-3不像Xel”那樣具有天然的麻醉性。因此， 當(dāng)He-3被輸送到生物體組織中(例如：人或者動(dòng)物的肺部)，可以給出頗大的核磁共振信號(hào)強(qiáng)度、成像空間分辨和數(shù)據(jù)率。尤其是在一些應(yīng)用中，具有麻醉性的12?Xe是不可用的，比如對(duì)嬰兒的肺部進(jìn)行成像。