januari 22, 2018

Helium

Vad är helium?

Helium är grundämne nummer två i det periodiska systemet, en färglös och luktlös ädelgas. Ämnet har lägst kokpunkt av alla grundämnen, och endast vid högt tryck övergår det i fast form.

Helium är det näst vanligaste grundämnet i universum. Nytt helium uppstår genom fusionsprocesser i stjärnorna och genom alfastrålning från radioaktiva grundämnen. Koncentrationen i jordens atmosfär är låg, så helium utvinns mest ur naturgas.

Helium används inom flera teknikområden: Eftersom gasen är lätt och inert med små obundna atomer passar den som kontrollerad atmosfär, vid läcksökning och som drivgas i raketer. Flytande helium är ett viktigt kylmedel inom lågtemperaturtekniken och i det supraflytande tillståndet blir ämnet en mycket god värmeledare.

Heliumatomens kärna består av två protoner och en eller flera neutroner. Det omgivande elektronmolnet har två elektroner som fyller 1s-orbitalen. Av alla atomer har helium den minsta radien.

Helium har två naturliga stabila isotoper med olika fysikaliska egenskaper vid låg temperatur, dessutom några instabila syntetiska isotoper.

Den på jorden helt övervägande isotopen Helium-4, eller 4He, har två neutroner och är en boson. Kärnan har en bindningsenergi av 7,07 Megaelektronvolt (MeV) per nukleon, vilket är det högsta värdet bland alla atomer med masstal under 12. 4He-kärnan är därmed mycket stabil.

Helium-3- eller 3He-atomen har endast en neutron och är därmed en fermion. På jorden är den sällsynt och utgör endast 1,34 ppm av luftens heliumatomer.

Bindningsenergin per nukleon är 2,57 megaelektronvolt (MeV), vilket är jämförbart med det radioaktiva 3H (Tritium).

Helium-3 som fusionsbränsle
Man har diskuterat om 3He kan användas som bränsle i fusionskraftverk, genom deuterium-helium3- och helium3-helium3-fusionerna:

2H + 3He → 4He + 1H
3He + 3He → 4He + 2 1H
Till skillnad från de i forskningsreaktorer vanligen använda DT och DD-processerna, skulle 3He-fusion ha fördelen att varken generera neutroner eller radioaktiva isotoper. De reaktortekniska extra-svårigheterna för 3He-fusion är dock betydande: Deuteriumkärnor fusionerar lättare med varandra än med 3He och för att fusionera två 3He-kärnor behövs mycket högre temperaturer och tryck än för DT- och DD-Processerna.[14]

Syntetiska isotoper
De radioaktiva isotoperna

6He, med halveringstiden 805 ms och
8He, med halveringstiden 122 ms
förekommer inte naturligt och övergår vanligen till litium genom β-sönderfall

Aggregationstillståndens egenskaper
På grund av heliums speciella egenskaper behandlas i följande avsnitt suprafluiditet som ett aggregationstillstånd även om detta inte stämmer exakt med gängse allmän definition

Till skillnad från de flesta andra grundämnen beror övergångarna mellan heliums aggregationstillstånd starkt av isotopen.

Källa: https://sv.wikipedia.org/wiki/Helium