Helium-3: Unterschied zwischen den Versionen

Strukturformel
	3He
Allgemeines
Name	Helium-3
Summenformel	3He
CAS-Nummer	Vorlage:CASRN
PubChem	6857639
ECHA-InfoCard	Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 708: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 708: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)
DrugBank	DB12940
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloses Gas
Eigenschaften
Molare Masse	3,0160293191(26) g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Siedepunkt	3,197 K
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Achtung
H- und P-Sätze	H: 280
	P: 410+403
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Aktuelle Version vom 6. Januar 2022, 21:34 Uhr

Helium-3 (³He) ist neben Helium-4 eines der beiden stabilen Isotope des Heliums. Sein Atomkern enthält zwei Protonen und ein Neutron.

Hauptanwendungsgebiet von Helium-3 ist die Tieftemperaturforschung: In Mischungskryostaten werden durch Nutzung von Helium-3 und Helium-4 Temperaturen von nur wenigen tausendstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt erreicht. Helium-3 spielt auch in Neutronendetektoren eine Rolle (siehe Zählrohr).

Helium-3 ist auf der Erde sehr selten. Die Erdatmosphäre besteht überhaupt nur zu 5,2 ppm aus Helium. Von diesem Helium ist wiederum nur ein kleiner Anteil (0,000138 % bzw. 1,38 ppm) ³He.^[4] Das entspricht insgesamt einem Anteil an der gesamten Atmosphäre von 7,2 · 10⁻¹² oder 3000 bis 4000 t. In natürlichen Heliumquellen kann das Verhältnis von ³He/⁴He etwas höher oder niedriger als in der Erdatmosphäre sein. Ursache hierfür ist, dass das bei der Erdentstehung eingetragene kosmische Helium ursprünglich 0,01 % (100 ppm) Helium-3 enthielt, später aber ausgaste und durch beim radioaktiven Alphazerfall entstandenes Helium-4 mehr oder weniger verdünnt wurde.

Die Hauptquelle für Helium-3 auf der Erde ist derzeit der Zerfall von Tritium. Tritium lässt sich in Kernreaktoren künstlich herstellen – in Schwerwasserreaktoren sammelt es sich in geringen Mengen im Moderator an. Helium-3 sammelt sich als Zerfallsprodukt in tritiumhaltigen, geboosteten Kernwaffen und muss aus diesen regelmäßig entfernt werden.

Geschichte und Entdeckung

Das Helion, der Atomkern des Helium-3-Atoms, besteht aus zwei Protonen und, im Unterschied zum gewöhnlichen Helium mit zwei Neutronen, aus nur einem Neutron. Helium-3 und Tritium wurden 1934 von dem australischen Kernphysiker Mark Oliphant an der University of Cambridge im Cavendish Laboratory erstmals beobachtet, als er Deuterium mit beschleunigten Deuteronen bestrahlte. Dabei laufen Kernfusionsreaktionen ab, in denen Helium-3 und Tritium entstehen.^[5]

Später vertiefte Luis Walter Alvarez 1939 durch Experimente am Zyklotron im Lawrence Berkeley National Laboratory das Verständnis beider Stoffe.^[6]

Von Helium-3 wurde aufgrund theoretischer Überlegungen erwartet, dass es ein Radionuklid sein müsse, bis Alvarez Spuren davon in Proben von natürlichem Helium nachweisen konnte. Da diese Proben geologischen Ursprungs und Jahrmillionen alt waren, musste es Tritium sein, welches sich mit der Halbwertszeit von einigen Jahren in Helium-3 umwandelt, und nicht umgekehrt, wie ursprünglich vermutet. Alvarez konnte auch die Halbwertszeit von Tritium bestimmen. Protium und Helium-3 sind die einzigen stabilen Nuklide, die mehr Protonen als Neutronen enthalten.

Vorkommen

Helium-3 ist ein ursprüngliches Nuklid, das über Millionen von Jahren von der Erdkruste in die Atmosphäre und von dort wiederum in den Weltraum flüchtet. Es wird vermutet, dass Helium-3 ein natürliches kosmogenes Nuklid ist, da es entstehen kann, wenn Lithium mit Neutronen bombardiert wird. Letztere werden bei spontaner Spaltung und bei Kernreaktionen mit kosmischer Strahlung freigesetzt. Auch in der Erdatmosphäre bildet sich laufend Tritium durch Reaktionen zwischen Stickstoff und der kosmischen Strahlung, welches im Laufe der Zeit zu Helium-3 zerfällt. Die absoluten Mengen sind allerdings gering; die gesamte Menge an natürlichem Tritium in der Biosphäre wird auf 3,5 kg geschätzt.

Im Erdmantel ist Helium-3 häufiger (typisches Verhältnis Helium-3 zu Helium-4 von 1:10⁴) als in der Erdkruste und Atmosphäre (typisches Verhältnis 1:10⁶). Grund ist, dass die Erdkruste Richtung Atmosphäre ausgast, und aus radioaktivem Zerfall nachgebildetes Helium immer Helium-4 ist. In Gebieten mit hoher vulkanischer Aktivität, in denen Mantelplumes aus dem Erdmantel aufsteigen, findet sich daher oft eine höhere Helium-3-Konzentration.

Häufigkeit im Sonnensystem

Eine gegenüber terrestrischen Quellen etwa tausendfach höhere, damit aber immer noch sehr geringe Konzentration^[7]^[8] von Helium-3 wird auf dem Mond vermutet, wo es über Milliarden von Jahren vom Sonnenwind in der oberen Schicht des Regolith abgelagert und dann mangels vulkanischer und biogener Aktivität weder freigesetzt noch verdünnt wurde.^[9]

Auf den Gasplaneten findet sich Helium-3 im ursprünglichen kosmischen, entsprechend höheren Verhältnis, zu Helium-4. Man nimmt an, dass dieses Verhältnis ähnlich dem im solaren Nebel ist, aus dem sich später Sonne und Planeten bildeten. Im Vergleich zur Erde ist der Helium-Anteil bei den Gasplaneten sehr hoch, da deren Atmosphäre – anders als die Atmosphäre der Erde – dieses Gas dauerhaft binden kann. Das Massenspektrometer der Galileo-Raumsonde ermöglichte die Messung des Verhältnisses von Helium-3 zu Helium-4 in der Jupiter-Atmosphäre. Das Verhältnis beträgt etwa 1:10⁴, also 100 ppm.^[10] Es liegt damit ungefähr im Bereich des Verhältnisses im Regolith des Mondes. Indessen ist das Verhältnis in der Erdkruste um den Faktor 10² niedriger (d. h. eben zwischen 2 und 20 ppm), was hauptsächlich auf Ausgasung des ursprünglichen Heliums bei gleichzeitigem Eintrag von neuem Helium-4 durch Alphazerfall von Uran, Thorium und deren Tochternuklide zurückzuführen ist.

Künstliche Erzeugung, kommerzielle Gewinnung

Ein Teil des Helium-3 und Tritiums in der Erdatmosphäre ist künstlichen Ursprungs. Insbesondere entsteht Tritium als Nebenprodukt bei der Kernspaltung: Manchmal wird bei der Kernspaltung neben den beiden mittelschweren Spaltprodukten ein dritter, leichter Kern emittiert; in 7 % dieser ternären Zerfälle bzw. in 0,1 % der Zerfälle insgesamt ist Tritium eines der Spaltprodukte.^[11]^[12] Zudem aktivieren Spaltneutronen einen Teil des im Kühlwasser immer mit enthaltenen Deuteriums zu Tritium. Wird gar schweres Wasser (Deuteriumoxid) als Kühlmittel verwendet, was den Betrieb des Reaktors mit nicht angereichertem Natururan ermöglicht (z. B. CANDU-Reaktor), entsteht zusätzlich zu Tritium als Spaltprodukt auch etwa 1 kg Tritium im Kühlwasser pro 5 Gigawattjahren an produzierter thermischer Leistung.^[13] Zum Teil wird dieses Tritium in einer kommerziellen Anlage aus dem Kühlwasser entfernt, um es zu vermarkten (etwa 2,5 kg pro Jahr), zum Beispiel für die Verwendung in Leuchtfarben.^[14]

Tritium zerfällt mit 12,3 Jahren Halbwertszeit zu Helium-3. Wenn verbrauchte Brennelemente nach einer Abklingzeit von ein bis zwei Jahrzehnten in einer Wiederaufbereitungsanlage zerlegt werden, ist ein Großteil des Tritium bereits zu Helium-3 zerfallen. Dieses wird als ungefährliches Gas an die Umwelt abgegeben. Aber auch das Tritium kann in einer WAA nicht vollständig zurückgehalten werden.^[15] Zusätzlich kommt es zur Tritium-Freisetzung bei Unfällen mit Kernreaktoren und Kernwaffentests. Das so in die Biosphäre gelangte Tritium zerfällt dort ebenfalls weiter zu Helium-3.

Zudem werden für Kernwaffen beträchtliche Mengen reinen Tritiums bewusst in nationalen Kernreaktoren durch die Bestrahlung von Lithium-6 erzeugt. Das Tritium wird zusammen mit Deuterium als Fusionsbooster verwendet, um das Zündverhalten von Nuklearwaffen zu verbessern und deren Energiefreisetzung zu steigern. Da das Tritium zu Helium-3 zerfällt, muss es regelmäßig ersetzt werden. Zugleich wird das gebildete Helium-3 entnommen. Aber auch im zentralen Tritium-Vorrat des US-Energieministeriums bildet sich entsprechend Helium-3.^[16] Das so gewonnene Helium-3 kommt in den Handel, vor allem über Linde Gas. Das Unternehmen betreibt eine Anlage, um auch die letzten Reste von Tritium aus dem Helium-Gas herauszufiltern.^[17]

Bedingt durch die rückläufige Zahl an aktiven Nuklearwaffen, durch die Reduktion und teilweise komplette Aussetzung der Tritium-Produktion durch das US-Energieministerium und zugleich durch die steigende Zahl an Anwendungen gibt es inzwischen eine Knappheit an Helium-3. Der aktuelle Jahresverbrauch von Helium-3 liegt bei ungefähr 60.000 Litern Gas (ca. 8 kg).^[17] Der Preis ist von 100 US-Dollar auf 2150 US-Dollar pro Liter Helium-3-Gas gestiegen.^[18] Mögliche Optionen für die Zukunft sind neben dem Aufbau einer Tritium-Produktion für zivile Zwecke oder der verstärkten Tritium-Extraktion aus dem Kühlwasser bestehender Reaktoren auch die Helium-3-Abdestillation aus bereits ohnehin für Kühlzwecke verflüssigtem frischem Helium. Letzteres muss zwar immer noch mit erheblichem Aufwand von der bereits erreichten Temperatur 4 K weiter auf etwa 1 K gekühlt werden, doch kann im Gegenstromverfahren nach dem Abdestillieren das ablaufende Helium-4 das nachlaufende frische Helium vorkühlen. Sehr teuer wäre es, gezielt nur Helium-3 aus Erdgas zu extrahieren, wenn das Helium-4 nicht genutzt wird. Über einen Helium-3-Abbau auf dem Mond ist nachgedacht worden.^[19]

Physikalische Eigenschaften

Siedepunkt und Kritischer Punkt

Aufgrund des im Verhältnis großen Massenunterschieds von fast 25 % zeigen Helium-3 und Helium-4 deutlichere Unterschiede in ihren Eigenschaften als die Isotope schwerer Elemente. So liegt der Siedepunkt von Helium-4 bei 4,23 K, der von Helium-3 bei nur noch 3,19 K, entsprechend einem Temperaturverhältnis von 4:3, das fast genau dem Kernmassenverhältnis von 4:3 entspricht. Da die Temperatur linear zur Gesamtenergie des jeweiligen Atoms ist, sind am jeweiligen Siedepunkt von Helium-3 und Helium-4 die Energien pro Nukleon fast gleich. Zum Vergleich: Wasserstoff siedet bei 21,15 K, das doppelt so schwere Deuterium hat dennoch nur einen gut 11 % höheren Siedepunkt von 23,57 K. Die Kritische Temperatur, jenseits derer nicht mehr zwischen Flüssigkeit und Gas unterschieden werden kann, liegt für Helium-3 bei 3,35 K, für Helium-4 bei 5,3 K.

Der erhebliche Unterschied in der Siedetemperatur kann verwendet werden, um Helium-3 aus einem Helium-3/Helium-4-Gemisch abzudestillieren: Bei 1,25 K beträgt der Dampfdruck von Helium-3 beispielsweise noch 3,17 kPa, der von Helium-4 nur noch 0,115 kPa.^[20] Bei Temperaturen unter 0,86 K fangen Helium-3 und Helium-4 sogar an, sich spontan zu entmischen. Um auf diesem Weg Helium-3-Konzentrationen kleiner 10 % bzw. größer 90 % zu erreichen, werden aber sehr tiefe Temperaturen unter 0,3 K benötigt.

Nullpunktsenergie

Weiterhin gehört Helium-4 mit seiner hohen Symmetrie (zwei Protonen, zwei Neutronen, zwei Elektronen) und Gesamtspin 0 zu den Bosonen. Helium-3 hingegen besitzt Spin ½ und ist damit ein Fermion. Aufgrund seiner fermionischen Eigenschaften hat Helium-3 eine wesentlich höhere Nullpunktsenergie als Helium-4: Aufgrund des Pauli-Prinzips müssen sich alle Helium-3-Atome in unterschiedlichen Zuständen befinden, während sich – bei ausreichend tiefen Temperaturen – beliebig viele Helium-4-Atome gleichzeitig im Grundzustand befinden können. Auch die Nullpunktsenergie des Grundzustands liegt aufgrund der geringeren Masse höher. In der Folge schwingen Helium-3-Atome stärker, so dass sie im flüssigen Zustand weniger dicht gepackt sind als bei Helium-4: Flüssiges Helium-3 hat am Siedepunkt (3,19 K, 1 bar Druck) eine Dichte von 59 g/L, flüssiges Helium-4 trotz der höheren Temperatur (4,23 K) mehr als das Doppelte mit 125 g/L. Die zur Verdampfung nötige Enthalpie beträgt mit 0,026 kJ/mol weniger als ein Drittel der von Helium-4 mit 0,0829 kJ/mol.^[21]

Suprafluidität

Während Helium-4 schon bei 2,17 K suprafluid wird, tritt dies bei Helium-3 erst bei 2,491 mK auf. Die gängigen Theorien der Suprafluidität von Helium-3 besagen, dass sich dort je zwei Helium-3-Atome zu einem Cooper-Paar zusammenfinden und dadurch ein Boson bilden. Einen ähnlichen Effekt gibt es auch bei elektrischen Supraleitern, wo sich gemäß der BCS-Theorie je zwei fermionische Elektronen zu einem Cooper-Paar zusammenfinden. Bei Helium-4 ist dieser Zwischenschritt nicht nötig, es wird direkt suprafluid.

Aufgrund der sehr tiefen Temperaturen, bei denen Suprafluidität bei Helium-3 auftritt, wurde diese erst vergleichsweise spät entdeckt. In den 1970er Jahren beobachteten David Morris Lee, Douglas Dean Osheroff und Robert Coleman Richardson sogar zwei Phasenübergange entlang der Schmelzkurve, welche bald als zwei suprafluide Phasen des Helium-3 gedeutet wurden.^[22]^[23] Der Übergang zu einem Suprafluid tritt bei 2,491 mK auf der Schmelzkurve auf. Für diese Entdeckung wurden sie 1996 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

2003 gewann Anthony James Leggett ebenfalls den Physik-Nobelpreis für das bessere Verständnis der suprafluiden Phasen von Helium-3.^[24] In einem Magnetfeld-freien Raum gibt es zwei unabhängige suprafluide Phasen von Helium-3, nämlich die A-Phase und die B-Phase. Die B-Phase ist die Niedertemperatur- und Niederdruck-Phase, welche eine isotrope Energielücke hat. Die A-Phase ist die Hochdruck- und Hochtemperatur-Phase, welche sich überdies von einem magnetischen Feld stabilisieren lässt und zwei Knotenpunkte in ihrer Energielücke hat.

Die Anwesenheit von zwei Phasen ist ein klares Anzeichen dafür, dass ³He eine ungewöhnliche Supraflüssigkeit (bzw. Supraleiter) ist, da für die beiden Phasen eine weitere Symmetrie, außer der Eichsymmetrie, benötigt wird, die spontan gebrochen wird. In der Tat ist es eine p-Wellen-Supraflüssigkeit, mit Spin eins ( $$ S=1 $$ ) und Drehimpuls eins ( $$ L=1 $$ ). Der Grundzustand entspricht dann einem vektoriell addierten Gesamtdrehimpuls ${\vec {J}}={\vec {L}}+{\vec {S}}$ . Angeregte Zustände haben einen Gesamtdrehimpuls $$ J>0 $$ , was angeregten kollektiven Paarmoden entspricht. Wegen der extremen Reinheit der Supraflüssigkeit ³He konnten diese kollektiven Moden dort mit höherer Genauigkeit untersucht werden als in jedem anderen ungewöhnlichen Paarbildungssystem. Die große Reinheit wird erreicht, da alle Materialien außer ⁴He bei den tiefen Temperaturen längst gefroren und zum Boden gesunken sind, und jegliches ⁴He sich entmischt und in einer getrennten Phase vorliegt. Letztere enthält zwar noch 6,5 % an ³He, die sich auch am absoluten Nullpunkt nicht entmischen würden, die aber hier nicht stören, da das in ⁴He gelöste Rest-³He nicht suprafluid wird.

Polarisation

Aufgrund des Spins ½ trägt das ³He-Atom ein magnetisches Moment. Im Magnetfeld stellen sich mehr dieser Momente parallel zum Magnetfeld als antiparallel dazu, dieser Effekt wird Spinpolarisation genannt. ³He-Gas wird unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds also selber leicht magnetisch. Bei Raumtemperatur ist aber der zahlenmäßige Unterschied zwischen den parallel und antiparallel ausgerichteten Magneten klein, da die durchschnittliche Energie pro Atom bei dieser Temperatur viel höher liegt als die Energieaufspaltung im Magnetfeld, dem hohen gyromagnetischen Verhältnis des Heliums zum Trotz. Mit der Technik der Hyperpolarisation gelingt es aber, Polarisationsgrade von bis zu 70 % zu erreichen. Aufgrund der geringen Wechselwirkung der Kernspins mit der Umgebung lässt sich einmal erzeugtes hyperpolarisiertes Helium-3 für bis zu 100 Stunden in Drucktanks aufbewahren.

Verwendung

Kryotechnik

Das wichtigste Anwendungsgebiet von Helium-3 ist die Kryotechnik. Eine Helium-3-Absorptionskältemaschine arbeitet mit reinem ³He und erreicht damit Temperaturen bis hinab zu 0,2 bis 0,3 K. Die ³He-⁴He-Mischungskühlung nutzt die spontane Entmischung von ³He und ⁴He zur Kühlung bis hinab zu wenigen tausendstel Kelvin:^[25] In der schwereren ⁴He-reichen Phase löst sich jedoch noch etwas ³He. Wenn man ³He aus der gemischten Phase abdestilliert, verringert sich der ³He-Anteil in der ⁴He-Phase, und ³He strömt aus der reinen ³He-Phase in die ⁴He-reiche Phase nach. Beim Lösen des ³He in der ⁴He-Phase wird Wärmeenergie verbraucht, und die Temperaturen sinken.

Neben der Nutzung als Kältemittel ist ³He selbst intensiver Forschungsgegenstand der Tieftemperaturphysik.

Neutronendetektion

Helium-3 wird zur Neutronendetektion in Zählrohren verwendet, denn es hat für thermische Neutronen einen großen Wirkungsquerschnitt für die Kernreaktion

n + ³He → ³H + ¹H + 0,764 MeV,

die die geladenen Rückstoßkerne Tritium (T, ³H) und Protium (p, ¹H) erzeugt.

Polarisator für Neutronen

Da die Absorption von Neutronen durch Helium-3 stark spin-abhängig ist, kann das zuvor erwähnte hyperpolarisierte Helium-3 verwendet werden, um spinpolarisierte thermische Neutronenstrahlung zu erzeugen. Die Neutronen mit dem für die Absorption passenden Spin werden dabei vom Helium-3 abgefangen, die mit dem unpassenden Spin hingegen nicht.^[26]^[27]^[28]^[29]

Medizin

Hyperpolarisiertes Helium-3 eignet sich sehr gut für MRT-Untersuchungen. Damit lässt sich beispielsweise das Ein- und Ausströmen von Gas in die Lunge beobachten. Normalerweise ist das – im Vergleich zum Körpergewebe tausendfach dünnere – Gas in MRT-Aufnahmen nicht zu sehen, aber durch die Hyperpolarisation wird das Signal entsprechend verstärkt. Dadurch können die Luftwege im MRT dargestellt, nicht ventilierte Teile der Lunge gefunden oder der Sauerstoff-Partialdruck gemessen werden. Diese Methode kann für Diagnose und Behandlungssteuerung bei chronischen Krankheiten wie chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) genutzt werden.^[30]

Theoretischer Einsatz in Fusionsreaktoren

Es wurde vorgeschlagen, ³He als Treibstoff in einer hypothetischen zweiten oder dritten Generation von Fusionsreaktoren zu verwenden. Solche Fusionsreaktoren hätten große Vorteile hinsichtlich der Verminderung von Radioaktivität. Ein weiterer möglicher Vorteil wäre, dass die emittierten Protonen, die den Energiegewinn der Helium-3-Fusionsreaktion tragen, durch elektrische und magnetische Felder eingefangen und ihre Energie direkt in Strom gewandelt werden könnte.^[31]

Helium-3 bietet energieliefernde Kernreaktionen mit Deuterium oder auch – wenngleich technisch noch schwieriger zu realisieren – mit sich selbst (siehe Deuterium/Helium-3 und Helium-3/Helium-3). Beide Reaktionen sind durch Beschleunigerexperimente gut bekannt. Die Realisierbarkeit als Energiequelle liegt aber mindestens noch sehr viele Jahrzehnte in der Zukunft.^[32]

Die Helium-3-Mengen, die benötigt würden, um fossile Treibstoffe zu ersetzen, liegen mehr als vier Größenordnungen über der derzeitigen Weltproduktion. Die bei der ²H-³He-Fusion freigesetzte Gesamtenergie beträgt 18,4 MeV. Das entspricht 493 MWh pro Mol (entspricht 3 g) ³He. Könnte man diese Energie vollständig in elektrischen Strom umwandeln, benötigt man für den derzeitigen Weltenergiebedarf an elektrischem Strom allein 145 t ³He pro Jahr. Dem steht eine Produktion von 8 kg pro Jahr gegenüber.

Literatur

D. M. Smith, T. W. Goodwin, J. A. Schiller: Challenges to the Worldwide Supply of Helium in the Next Decade. In: AIP Conference Proceedings. Band 710, Nr. 1, 2004, ISSN 0094-243X, S. 119–138, doi:10.1063/1.1774674.
L. J. Wittenberg: Non-Lunar ³He Resources (PDF) Juli 1994. Abgerufen am 1. Juli 2008.
Harrison Schmitt: Return to the Moon. Springer Science & Business Media, 2007, ISBN 978-0-387-31064-0 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Weblinks

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Datenblatt Helium-³He, 99.9999 atom %, 99.995 % (CP) bei Sigma-Aldrich, abgerufen am {{{Datum}}} (PDF).
↑ G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault: The AME 2003 atomic mass evaluation. (II). Tables, graphs and references. In: Nuclear Physics A. Band 729, 2003, S. 337–676, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.002.
↑ Yonghua Huang, G.B. Chen, V. Arp, Ray Radebaugh: Equation of state and thermophysical properties of helium-3. In: Proceedings of the ICEC. Band CR06-379, 2007, S 1–6 (PDF; 5 MB).
↑ nuclide data from atom.kaeri.re.kr (Memento vom 7. Juli 2013 im Webarchiv archive.today)
↑ M. L. E. Oliphant, Harteck, P.; Rutherford, E.: Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen. In: Proceedings of the Royal Society A. 144. Jahrgang, Nr. 853, 1934, S. 692–703, doi:10.1098/rspa.1934.0077, bibcode:1934RSPSA.144..692O.
↑ Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error. Newsmagazine Publication. 1981. Abgerufen am 1. September 2009.
↑ E. N. Slyuta: The Estimation of Helium-3 Probable Reserves in Lunar Regolith. In: 38th Lunar and Planetary Science Conference., S. 2175.
↑ F. H. Cocks: ³He in permanently shadowed lunar polar surfaces. In: Icarus. 206. Jahrgang, Nr. 2, 2010, S. 778–779, doi:10.1016/j.icarus.2009.12.032, bibcode:2010Icar..206..778C.
↑ Fa WenZhe & Jin YaQiu:Global inventory of Helium-3 in lunar regoliths estimated by a multi-channel microwave radiometer on the Chang-E 1 lunar satellite, Dezember 2010
↑ H. B. Niemann, S. K. Atreya, G. R. Carignan, T. M. Donahue, J. A. Haberman, D. N. Harpold, R. E. Hartle, D. M. Hunten, W. T. Kasprzak, P. R. Mahaffy, T. C. Owen, N. W. Spencer, S. H. Way: The Galileo probe mass spectrometer: composition of Jupiter's atmosphere. In: Science. Band 272, Nummer 5263, Mai 1996, ISSN 0036-8075, S. 846–849, doi:10.1126/science.272.5263.846, PMID 8629016.
↑ Marcus Wöstheinrich: Emission von ternären Teilchen aus den Reaktionen ²²⁹Th(n_th,f), ²³³U(n_th,f) und ²³⁹Pu(n_th,f). Tübingen 1999, DNB 963242830, S. 9, urn:nbn:de:bsz:21-opus-349 (Dissertation, Universität Tübingen).
↑ O. Serot, C. Wagemans, J. Heyse: New Results on Helium and Tritium Gas Production From Ternary Fission. In: International conference on nuclear data for science and technology. AIP Conference Proceedings. 2005, 769, S. 857–860, doi:10.1063/1.1945141.
↑ A. Fiege: Tritium. Bericht KfK-5055, Kernforschungszentrum Karlsruhe, 1992. ISSN 0303-4003.
↑ Whitlock, Jeremy: Section D: Safety and Liability – How does Ontario Power Generation manage tritium production in its CANDU moderators? Canadian Nuclear FAQ, abgerufen am 19. September 2010 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
↑ Tritium and the environment, abgerufen am 10. Oktober 2014
↑ Hisham Zerriffi: Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium. Hrsg.: Institute for Energy and Environmental Research. Januar 1996 (PDF).
↑ ^17,0 ^17,1 Dana A. Shea, Daniel Morgan: The Helium 3 Shortage: Supply, Demand, and Options for Congress. Congressional Research Service, vom 22. Dezember 2010, abgerufen am 11. März 2017 (PDF).
↑ Physics Projects Deflate for Lack of Helium-3. Spectrum.ieee.org. Abgerufen am 8. November 2011
↑ Technology Review: Energie vom Mond vom 31. August 2007, abgerufen am 15. Juli 2015
↑ 'Kohlrausch Praktische Physik, Tabellen und Diagramme zu Kapital 3, Seiten 342 und 343 (Memento des Originals vom 24. Oktober 2014 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.ptb.de
↑ Teragon’s Summary of Cryogen Properties Teragon Research, 2005.
↑ D. D. Osheroff, Richardson, R. C.; Lee, D. M.: Evidence for a New Phase of Solid He³. In: Physical Review Letters. 28. Jahrgang, Nr. 14, 1972, S. 885–888, doi:10.1103/PhysRevLett.28.885, bibcode:1972PhRvL..28..885O.
↑ D. D. Osheroff, Gully, W. J.; Richardson, R. C.; Lee, D. M.: New Magnetic Phenomena in Liquid He³ below 3 mK. In: Physical Review Letters. 29. Jahrgang, Nr. 14, 1972, S. 920–923, doi:10.1103/PhysRevLett.29.920, bibcode:1972PhRvL..29..920O.
↑ A. J. Leggett: Interpretation of Recent Results on He³ below 3 mK: A New Liquid Phase? In: Physical Review Letters. 29. Jahrgang, Nr. 18, 1972, S. 1227–1230, doi:10.1103/PhysRevLett.29.1227, bibcode:1972PhRvL..29.1227L.
↑ Dilution Refrigeration (Memento vom 8. Februar 2010 im Internet Archive). cern.ch
↑ NCNR Neutron Spin Filters. Ncnr.nist.gov (28. April 2004). Abgerufen am 8. November 2011
↑ ILL 3He spin filters. Ill.eu (22. Oktober 2010). Abgerufen am 8. November 2011
↑ {{{last1}}}: SANS polarization analysis with nuclear spin-polarized 3He. In: J. Appl. Cryst. 33. Jahrgang, 2000, S. 771–774, doi:10.1107/S0021889800099817 (nist.gov [PDF]).
↑ Neutron Spin Filters: Polarized 3He. NIST.gov
↑ T. A. Altes, M. Salerno: Hyperpolarized gas MR imaging of the lung. In: Journal of Thoracic Imaging. Band 19, Nr. 4, 2004, S. 250–258, PMID 15502612.
↑ John Santarius: Lunar ³He and Fusion Power (PDF) 28. September 2004. Abgerufen am 9. Juni 2014.
↑ Mark Williams: Mining the Moon: Lab experiments suggest that future fusion reactors could use helium-3 gathered from the moon. In: MIT Technology Review. 23. August 2007 (technologyreview.com [abgerufen am 9. Juni 2014]).

[Sigma-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Datenblatt Helium-³He, 99.9999 atom %, 99.995 % (CP) bei Sigma-Aldrich, abgerufen am {{{Datum}}} (PDF).

[2] G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault: The AME 2003 atomic mass evaluation. (II). Tables, graphs and references. In: Nuclear Physics A. Band 729, 2003, S. 337–676, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.002.

[3] Yonghua Huang, G.B. Chen, V. Arp, Ray Radebaugh: Equation of state and thermophysical properties of helium-3. In: Proceedings of the ICEC. Band CR06-379, 2007, S 1–6 (PDF; 5 MB).

[atomkaeri-4] uclide data from atom.kaeri.re.kr (Memento vom 7. Juli 2013 im Webarchiv archive.today)

[5] M. L. E. Oliphant, Harteck, P.; Rutherford, E.: Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen. In: Proceedings of the Royal Society A. 144. Jahrgang, Nr. 853, 1934, S. 692–703, doi:10.1098/rspa.1934.0077, bibcode:1934RSPSA.144..692O.

[6] Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error. Newsmagazine Publication. 1981. Abgerufen am 1. September 2009.

[7] E. N. Slyuta: The Estimation of Helium-3 Probable Reserves in Lunar Regolith. In: 38th Lunar and Planetary Science Conference., S. 2175.

[F._H._Cocks_2010-8] F. H. Cocks: ³He in permanently shadowed lunar polar surfaces. In: Icarus. 206. Jahrgang, Nr. 2, 2010, S. 778–779, doi:10.1016/j.icarus.2009.12.032, bibcode:2010Icar..206..778C.

[9] Fa WenZhe & Jin YaQiu:Global inventory of Helium-3 in lunar regoliths estimated by a multi-channel microwave radiometer on the Chang-E 1 lunar satellite, Dezember 2010

[10] H. B. Niemann, S. K. Atreya, G. R. Carignan, T. M. Donahue, J. A. Haberman, D. N. Harpold, R. E. Hartle, D. M. Hunten, W. T. Kasprzak, P. R. Mahaffy, T. C. Owen, N. W. Spencer, S. H. Way: The Galileo probe mass spectrometer: composition of Jupiter's atmosphere. In: Science. Band 272, Nummer 5263, Mai 1996, ISSN 0036-8075, S. 846–849, doi:10.1126/science.272.5263.846, PMID 8629016.

[11] Marcus Wöstheinrich: Emission von ternären Teilchen aus den Reaktionen ²²⁹Th(n_th,f), ²³³U(n_th,f) und ²³⁹Pu(n_th,f). Tübingen 1999, DNB 963242830, S. 9, urn:nbn:de:bsz:21-opus-349 (Dissertation, Universität Tübingen).

[12] O. Serot, C. Wagemans, J. Heyse: New Results on Helium and Tritium Gas Production From Ternary Fission. In: International conference on nuclear data for science and technology. AIP Conference Proceedings. 2005, 769, S. 857–860, doi:10.1063/1.1945141.

[13] A. Fiege: Tritium. Bericht KfK-5055, Kernforschungszentrum Karlsruhe, 1992. ISSN 0303-4003.

[14] Whitlock, Jeremy: Section D: Safety and Liability – How does Ontario Power Generation manage tritium production in its CANDU moderators? Canadian Nuclear FAQ, abgerufen am 19. September 2010 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).

[15] Tritium and the environment, abgerufen am 10. Oktober 2014

[ieer-16] Hisham Zerriffi: Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium. Hrsg.: Institute for Energy and Environmental Research. Januar 1996 (PDF).

[fas-17] 17,0 ^17,1 Dana A. Shea, Daniel Morgan: The Helium 3 Shortage: Supply, Demand, and Options for Congress. Congressional Research Service, vom 22. Dezember 2010, abgerufen am 11. März 2017 (PDF).

[18] Physics Projects Deflate for Lack of Helium-3. Spectrum.ieee.org. Abgerufen am 8. November 2011

[19] Technology Review: Energie vom Mond vom 31. August 2007, abgerufen am 15. Juli 2015

[20] 'Kohlrausch Praktische Physik, Tabellen und Diagramme zu Kapital 3, Seiten 342 und 343 (Memento des Originals vom 24. Oktober 2014 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.ptb.de

[21] Teragon’s Summary of Cryogen Properties Teragon Research, 2005.

[22] D. D. Osheroff, Richardson, R. C.; Lee, D. M.: Evidence for a New Phase of Solid He³. In: Physical Review Letters. 28. Jahrgang, Nr. 14, 1972, S. 885–888, doi:10.1103/PhysRevLett.28.885, bibcode:1972PhRvL..28..885O.

[23] D. D. Osheroff, Gully, W. J.; Richardson, R. C.; Lee, D. M.: New Magnetic Phenomena in Liquid He³ below 3 mK. In: Physical Review Letters. 29. Jahrgang, Nr. 14, 1972, S. 920–923, doi:10.1103/PhysRevLett.29.920, bibcode:1972PhRvL..29..920O.

[24] A. J. Leggett: Interpretation of Recent Results on He³ below 3 mK: A New Liquid Phase? In: Physical Review Letters. 29. Jahrgang, Nr. 18, 1972, S. 1227–1230, doi:10.1103/PhysRevLett.29.1227, bibcode:1972PhRvL..29.1227L.

[25] Dilution Refrigeration (Memento vom 8. Februar 2010 im Internet Archive). cern.ch

[26] NCNR Neutron Spin Filters. Ncnr.nist.gov (28. April 2004). Abgerufen am 8. November 2011

[27] ILL 3He spin filters. Ill.eu (22. Oktober 2010). Abgerufen am 8. November 2011

[28] {{{last1}}}: SANS polarization analysis with nuclear spin-polarized 3He. In: J. Appl. Cryst. 33. Jahrgang, 2000, S. 771–774, doi:10.1107/S0021889800099817 (nist.gov [PDF]).

[29] Neutron Spin Filters: Polarized 3He. NIST.gov

[30] T. A. Altes, M. Salerno: Hyperpolarized gas MR imaging of the lung. In: Journal of Thoracic Imaging. Band 19, Nr. 4, 2004, S. 250–258, PMID 15502612.

[31] John Santarius: Lunar ³He and Fusion Power (PDF) 28. September 2004. Abgerufen am 9. Juni 2014.

[32] Mark Williams: Mining the Moon: Lab experiments suggest that future fusion reactors could use helium-3 gathered from the moon. In: MIT Technology Review. 23. August 2007 (technologyreview.com [abgerufen am 9. Juni 2014]).

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 {{Infobox Chemikalie
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 '''Helium-3''' (<sup>3</sup>He) ist neben [[Helium-4]] eines der beiden [[Isotop#Stabile und instabile Isotope|stabilen Isotope]] des [[Helium]]s. Sein Atomkern enthält zwei [[Proton]]en und ein [[Neutron]].
-Hauptanwendungsgebiet von Helium-3 ist die Tieftemperaturforschung: In [[Mischungskryostat]]en werden durch Nutzung von <sup>3</sup>He und <sup>4</sup>He Temperaturen von nur wenigen tausendstel Kelvin über dem [[Absoluter Nullpunkt|absoluten Nullpunkt]] erreicht. Helium-3 spielt auch in [[Neutronendetektor]]en eine Rolle (siehe [[Zählrohr#Proportionalzählrohre für Neutronen|Zählrohr]]).
+Hauptanwendungsgebiet von Helium-3 ist die Tieftemperaturforschung: In [[Mischungskryostat]]en werden durch Nutzung von Helium-3 und Helium-4 Temperaturen von nur wenigen tausendstel Kelvin über dem [[Absoluter Nullpunkt|absoluten Nullpunkt]] erreicht. Helium-3 spielt auch in [[Neutronendetektor]]en eine Rolle (siehe [[Zählrohr#Proportionalzählrohre für Neutronen|Zählrohr]]).
-Helium-3 ist auf der [[Erde]] sehr selten. Die Erdatmosphäre besteht nur zu 5,2&nbsp;[[Parts per million|ppm]] aus Helium. Von diesem Helium ist <sup>3</sup>He nur ein kleiner Anteil, 0,000138 % oder 1,38&nbsp;ppm.<ref name="atomkaeri">{{Webarchiv |url=http://atom.kaeri.re.kr/cgi-bin/nuclide?nuc=He-3 |archive-is=20130707041405 |text=nuclide data from atom.kaeri.re.kr}}</ref> Das entspricht insgesamt einem Anteil an der gesamten Atmosphäre von <math>7{,}2\cdot 10^{-12}</math> oder 3000 bis 4000&nbsp;t. In natürlichen Heliumquellen kann das Verhältnis von <sup>3</sup>He/<sup>4</sup>He um einen kleinen Faktor höher oder niedriger liegen als in der Erdatmosphäre. Grund hierfür ist, dass das bei der Erdentstehung eingetragene kosmische Helium ca. 0,01 % Helium-3 enthielt, später aber ausgaste und durch bei radioaktivem [[Alphazerfall]] entstandenes Helium-4 verdünnt wurde.
+Helium-3 ist auf der [[Erde]] sehr selten. Die Erdatmosphäre besteht überhaupt nur zu 5,2&nbsp;[[Parts per million|ppm]] aus Helium. Von diesem Helium ist wiederum nur ein kleiner Anteil (0,000138 % bzw. 1,38&nbsp;ppm) <sup>3</sup>He.<ref name="atomkaeri">{{Webarchiv |url=http://atom.kaeri.re.kr/cgi-bin/nuclide?nuc=He-3 |text=nuclide data from atom.kaeri.re.kr |archive-is=20130707041405}}</ref> Das entspricht insgesamt einem Anteil an der gesamten Atmosphäre von 7,2&nbsp;·&nbsp;10<sup>−12</sup> oder 3000 bis 4000&nbsp;t. In natürlichen Heliumquellen kann das Verhältnis von <sup>3</sup>He/<sup>4</sup>He etwas höher oder niedriger als in der Erdatmosphäre sein. Ursache hierfür ist, dass das bei der Erdentstehung eingetragene kosmische Helium ursprünglich 0,01 % (100 ppm) Helium-3 enthielt, später aber ausgaste und durch beim radioaktiven [[Alphazerfall]] entstandenes Helium-4 mehr oder weniger verdünnt wurde.
-Die Hauptquelle für Helium-3 auf der Erde ist derzeit [[Tritium]], das zu Helium-3 zerfällt. Tritium lässt sich in [[Kernreaktor]]en künstlich herstellen. Helium-3 sammelt sich als Zerfallsprodukt in tritiumhaltigen, [[Kernwaffentechnik#Geboostete Spaltbomben|geboosteten]] [[Kernwaffe]]n und muss aus diesen regelmäßig entfernt werden.
+Die Hauptquelle für Helium-3 auf der Erde ist derzeit der Zerfall von [[Tritium]]. Tritium lässt sich in [[Kernreaktor]]en künstlich herstellen – in [[Schwerwasserreaktor]]en sammelt es sich in geringen Mengen im [[Moderator (Kernphysik)|Moderator]] an. Helium-3 sammelt sich als Zerfallsprodukt in tritiumhaltigen, [[Kernwaffentechnik#Geboostete Spaltbomben|geboosteten]] [[Kernwaffe]]n und muss aus diesen regelmäßig entfernt werden.
 == Geschichte und Entdeckung ==
-Das [[Helion (Physik)|Helion]], der [[Atomkern]] des Helium-3-Atoms, besteht aus zwei Protonen und, im Unterschied zum gewöhnlichen Helium mit zwei Neutronen, aus nur einem Neutron. Helium-3 und Tritium wurden 1934 von dem [[Australien|australischen]] [[Kernphysik]]er [[Mark Oliphant]] an der [[University of Cambridge]] im [[Cavendish Laboratory]] erstmals beobachtet, als er  [[Deuterium]] mit beschleunigten [[Deuteron]]en bestrahlte. Dabei laufen [[Kernfusion]]sreaktionen ab, in denen Helium-3 und Tritium entstehen.<ref>{{cite journal|title=Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen|first=M. L. E.|last=Oliphant|coauthors=Harteck, P.; Rutherford, E.|journal=[[Proceedings of the Royal Society A]] | volume=144|issue=853|year=1934|pages=692–703| doi = 10.1098/rspa.1934.0077|bibcode=1934RSPSA.144..692O}}</ref>
+Das [[Helion (Physik)|Helion]], der [[Atomkern]] des Helium-3-Atoms, besteht aus zwei Protonen und, im Unterschied zum gewöhnlichen Helium mit zwei Neutronen, aus nur einem Neutron. Helium-3 und Tritium wurden 1934 von dem [[Australien|australischen]] [[Kernphysik]]er [[Mark Oliphant]] an der [[University of Cambridge]] im [[Cavendish Laboratory]] erstmals beobachtet, als er [[Deuterium]] mit beschleunigten [[Deuteron]]en bestrahlte. Dabei laufen [[Kernfusion]]sreaktionen ab, in denen Helium-3 und Tritium entstehen.<ref>{{cite journal|title=Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen|first=M. L. E.|last=Oliphant|coauthors=Harteck, P.; Rutherford, E.|journal=[[Proceedings of the Royal Society A]] | volume=144|issue=853|year=1934|pages=692–703| doi = 10.1098/rspa.1934.0077|bibcode=1934RSPSA.144..692O}}</ref>
 Später vertiefte [[Luis Walter Alvarez]] 1939 durch Experimente am [[Zyklotron]] im [[Lawrence Berkeley National Laboratory]] das Verständnis beider Stoffe.<ref>{{cite web|year=1981|publisher= Newsmagazine Publication|url=http://www.lbl.gov/Science-Articles/Research-Review/Magazine/1981/81fepi1.html|title=Lawrence and His Laboratory: Episode: A Productive Error|accessdate=2009-09-01}}</ref>
-Von Helium-3 wurde aufgrund theoretischer Überlegungen erwartet, dass es ein [[Radionuklid]] sein müsse, bis Alvarez Spuren davon in Proben von natürlichem Helium nachweisen konnte. Da diese Proben geologischen Ursprungs und Jahrmillionen alt waren, musste es Tritium sein, welches sich mit der Halbwertszeit von einigen Jahren in Helium-3 umwandelt, und nicht umgekehrt, wie ursprünglich vermutet. Alvarez konnte auch die Halbwertszeit von Tritium bestimmen. [[Wasserstoff#Protium|Protium]] und Helium-3 sind die einzigen stabilen Nuklide, welche mehr Protonen als Neutronen enthalten.
+Von Helium-3 wurde aufgrund theoretischer Überlegungen erwartet, dass es ein [[Radionuklid]] sein müsse, bis Alvarez Spuren davon in Proben von natürlichem Helium nachweisen konnte. Da diese Proben geologischen Ursprungs und Jahrmillionen alt waren, musste es Tritium sein, welches sich mit der Halbwertszeit von einigen Jahren in Helium-3 umwandelt, und nicht umgekehrt, wie ursprünglich vermutet. Alvarez konnte auch die Halbwertszeit von Tritium bestimmen. [[Wasserstoff#Protium|Protium]] und Helium-3 sind die einzigen stabilen Nuklide, die mehr Protonen als Neutronen enthalten.
 == Vorkommen ==
-Helium-3 ist ein [[Primordiales Nuklid|ursprüngliches Nuklid]], welches über Millionen von Jahren von der Erdkruste in die Atmosphäre und von dort wiederum in den [[Weltraum]] flüchtet. Es wird vermutet, dass Helium-3 ein natürliches [[Kosmogene Nuklide|kosmogenes Nuklid]] ist, da es entstehen kann, wenn Lithium mit Neutronen bombardiert wird. Letztere werden bei [[Spontane Spaltung|spontaner Spaltung]] und bei [[Kernreaktion]]en mit [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] freigesetzt. Auch in der Erdatmosphäre bildet sich laufend [[Tritium]] durch Reaktionen zwischen Stickstoff und der kosmischen Strahlung, welches im Laufe der Zeit zu Helium-3 zerfällt. Die absoluten Mengen sind allerdings gering; die gesamte Menge an natürlichem Tritium in der Biosphäre wird auf 3,5&nbsp;kg geschätzt.
+Helium-3 ist ein [[Primordiales Nuklid|ursprüngliches Nuklid]], das über Millionen von Jahren von der Erdkruste in die Atmosphäre und von dort wiederum in den [[Weltraum]] flüchtet. Es wird vermutet, dass Helium-3 ein natürliches [[Kosmogene Nuklide|kosmogenes Nuklid]] ist, da es entstehen kann, wenn Lithium mit Neutronen bombardiert wird. Letztere werden bei [[Spontane Spaltung|spontaner Spaltung]] und bei [[Kernreaktion]]en mit [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] freigesetzt. Auch in der Erdatmosphäre bildet sich laufend [[Tritium]] durch Reaktionen zwischen Stickstoff und der kosmischen Strahlung, welches im Laufe der Zeit zu Helium-3 zerfällt. Die absoluten Mengen sind allerdings gering; die gesamte Menge an natürlichem Tritium in der Biosphäre wird auf 3,5&nbsp;kg geschätzt.
 Im Erdmantel ist Helium-3 häufiger (typisches Verhältnis Helium-3 zu Helium-4 von 1:10<sup>4</sup>) als in der Erdkruste und Atmosphäre (typisches Verhältnis 1:10<sup>6</sup>). Grund ist, dass die Erdkruste Richtung Atmosphäre ausgast, und aus radioaktivem Zerfall nachgebildetes Helium immer Helium-4 ist. In Gebieten mit hoher vulkanischer Aktivität, in denen [[Mantelplume]]s aus dem Erdmantel aufsteigen, findet sich daher oft eine höhere Helium-3-Konzentration.
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 Eine gegenüber terrestrischen Quellen etwa tausendfach höhere, damit aber immer noch sehr geringe Konzentration<ref>{{cite conference|first=E. N.|last=Slyuta|coauthors=Abdrakhimov, A. M.; Galimov, E. M.|date = March 12–16, 2007|year= |title=The Estimation of Helium-3 Probable Reserves in Lunar Regolith|conference=38th Lunar and Planetary Science Conference|pages=2175|url=http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf}}</ref><ref name="F. H. Cocks 2010">{{cite journal|author=F. H. Cocks|year=2010|title=<sup>3</sup>He in permanently shadowed lunar polar surfaces|journal= Icarus|volume=206|issue=2|pages=778–779|doi=10.1016/j.icarus.2009.12.032|bibcode=2010Icar..206..778C}}</ref> von Helium-3 wird auf dem Mond vermutet, wo es über Milliarden von Jahren vom [[Sonnenwind]] in der oberen Schicht des [[Regolith]] abgelagert und dann mangels vulkanischer und biogener Aktivität weder freigesetzt noch verdünnt wurde.<ref>Fa WenZhe & Jin YaQiu:[http://lunarnetworks.blogspot.in/2010/12/change-1-maps-moons-helium-3-inventory.html ''Global inventory of Helium-3 in lunar regoliths estimated by a multi-channel microwave radiometer on the Chang-E 1 lunar satellite''], Dezember 2010</ref>
-Auf den [[Gasplanet]]en findet sich Helium-3 im ursprünglichen kosmischen, entsprechend höheren Verhältnis, zu Helium-4. Man nimmt an, dass dieses Verhältnis ähnlich dem im solaren Nebel ist, aus dem sich später Sonne und Planeten bildeten. Im Vergleich zur Erde ist der Helium-Anteil bei den Gasplaneten sehr hoch, da deren Atmosphäre – anders als die Atmosphäre der Erde – dieses Gas dauerhaft binden kann. Das Massenspektrometer der [[Galileo (Raumsonde)|Galileo-Raumsonde]] ermöglichte die Messung des Verhältnisses von Helium-3 zu Helium-4 in der [[Jupiter (Planet)#Jupiters Atmosphäre|Jupiter-Atmosphäre]].  Das Verhältnis beträgt etwa 1:10<sup>4</sup>.<ref>H. B. Niemann, S. K. Atreya, G. R. Carignan, T. M. Donahue, J. A. Haberman, D. N. Harpold, R. E. Hartle, D. M. Hunten, W. T. Kasprzak, P. R. Mahaffy, T. C. Owen, N. W. Spencer, S. H. Way: ''The Galileo probe mass spectrometer: composition of Jupiter's atmosphere.'' In: ''Science.'' Band 272, Nummer 5263, Mai 1996, {{ISSN|0036-8075}}, S.&nbsp;846–849, [[doi:10.1126/science.272.5263.846]], PMID 8629016.</ref> Es liegt damit ungefähr im Bereich des Verhältnisses im Regolith des Mondes. Indessen ist das Verhältnis in der Erdkruste um den Faktor 10<sup>2</sup> niedriger, was hauptsächlich auf Ausgasung des ursprünglichen Heliums bei gleichzeitigem Eintrag von neuem Helium-4 durch [[Alphazerfall]] von [[Uran]], [[Thorium]] und deren Tochternuklide zurückzuführen ist.
+Auf den [[Gasplanet]]en findet sich Helium-3 im ursprünglichen kosmischen, entsprechend höheren Verhältnis, zu Helium-4. Man nimmt an, dass dieses Verhältnis ähnlich dem im solaren Nebel ist, aus dem sich später Sonne und Planeten bildeten. Im Vergleich zur Erde ist der Helium-Anteil bei den Gasplaneten sehr hoch, da deren Atmosphäre – anders als die Atmosphäre der Erde – dieses Gas dauerhaft binden kann. Das Massenspektrometer der [[Galileo (Raumsonde)|Galileo-Raumsonde]] ermöglichte die Messung des Verhältnisses von Helium-3 zu Helium-4 in der [[Jupiter (Planet)#Atmosphäre|Jupiter-Atmosphäre]]. Das Verhältnis beträgt etwa 1:10<sup>4</sup>, also 100 ppm.<ref>H. B. Niemann, S. K. Atreya, G. R. Carignan, T. M. Donahue, J. A. Haberman, D. N. Harpold, R. E. Hartle, D. M. Hunten, W. T. Kasprzak, P. R. Mahaffy, T. C. Owen, N. W. Spencer, S. H. Way: ''The Galileo probe mass spectrometer: composition of Jupiter's atmosphere.'' In: ''Science.'' Band 272, Nummer 5263, Mai 1996, {{ISSN|0036-8075}}, S.&nbsp;846–849, [[doi:10.1126/science.272.5263.846]], PMID 8629016.</ref> Es liegt damit ungefähr im Bereich des Verhältnisses im Regolith des Mondes. Indessen ist das Verhältnis in der Erdkruste um den Faktor 10<sup>2</sup> niedriger (d.&nbsp;h. eben zwischen 2 und 20 ppm), was hauptsächlich auf Ausgasung des ursprünglichen Heliums bei gleichzeitigem Eintrag von neuem Helium-4 durch [[Alphazerfall]] von [[Uran]], [[Thorium]] und deren Tochternuklide zurückzuführen ist.
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 == Außerirdische Häufigkeit ==
 Materials on the [[Moon]]'s surface contain helium-3 at concentrations on the order of between 1.4 and 15 [[Parts per billion|ppb]] in sunlit areas,<ref>[http://fti.neep.wisc.edu/Research/he3_pubs.html FTI Research Projects :: 3He Lunar Mining]. Fti.neep.wisc.edu. Abgerufen am 8. November 2011</ref><ref>{{cite web|url=http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf|format=PDF|title=The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith|author=E. N. Slyuta and A. M. Abdrakhimov, and E. M. Galimov|work=Lunar and Planetary Science XXXVIII|year=2007}}</ref> and may contain concentrations as much as 50 [[Parts per billion|ppb]] in permanently shadowed regions.<ref name="F. H. Cocks 2010" /> A number of people, starting with Gerald Kulcinski in 1986,<ref>{{cite news|url=http://www.thespacereview.com/article/536/1 |title=A fascinating hour with Gerald Kulcinski|author=Eric R. Hedman|date=January 16, 2006|work=The Space Review}}</ref> have proposed to [[Exploration of the Moon|explore the moon]], mine lunar [[regolith]] and use the helium-3 for [[Nuclear fusion|fusion]]. Recently, companies such as [[Planetary Resources]] have also stated to be interested in mining helium-3 on the moon. Because of the low concentrations of helium-3, any mining equipment would need to process extremely large amounts of regolith (over 150 million tonnes of regolith to obtain one ton of helium 3),<ref>{{cite web|title=The challenge of mining He-3 on the lunar surface: how all the parts fit together|author=I.N. Sviatoslavsky|month=November|year=1993|url=http://fti.neep.wisc.edu/pdf/wcsar9311-2.pdf|format=PDF}} Wisconsin Center for Space Automation and Robotics Technical Report WCSAR-TR-AR3-9311-2.</ref> and some proposals have suggested that helium-3 extraction be piggybacked onto a larger mining and development operation.{{Citation needed|date=August 2007}}
-The primary objective of [[Indian Space Research Organization]]'s first lunar probe called [[Chandrayaan-I]], launched on October 22, 2008, was reported in some sources to be mapping the Moon's surface for helium-3-containing minerals.<ref>{{cite news|url= http://economictimes.indiatimes.com/News/News_By_Industry/ET_Cetera/With_He-3_on_mind_India_gets_ready_for_lunar_mission/articleshow/3500270.cms|title=With He-3 on mind, India gets ready for lunar mission|work=The Times Of India | date=2008-09-19}}</ref> However, this is debatable; no such objective is mentioned in the project's official list of goals, while at the same time, many of its scientific payloads have noted helium-3-related applications.<ref>[http://www.isro.org/chandrayaan/htmls/objective_scientific.htm Scientific]. Isro.org (2008-11-11). Abgerufen am 8. November 2011</ref><ref>[http://luna-ci.blogspot.com/2008/11/chandrayaan-1-payload-feature-2-sub-kev.html Luna C/I:: Chandrayaan-1 Payload Feature #2: Sub KeV Atom Reflecting Analyser (SARA)]. Luna-ci.blogspot.com (2008-11-12). Abgerufen am 8. November 2011</ref>
+The primary objective of [[Indian Space Research Organization]]'s first lunar probe called [[Chandrayaan-I]], launched on October 22, 2008, was reported in some sources to be mapping the Moon's surface for helium-3-containing minerals.<ref>{{cite news|url= http://economictimes.indiatimes.com/News/News_By_Industry/ET_Cetera/With_He-3_on_mind_India_gets_ready_for_lunar_mission/articleshow/3500270.cms|title=With He-3 on mind, India gets ready for lunar mission|work=The Times Of India | date=2008-09-19}}</ref> However, this is debatable; no such objective is mentioned in the project's official list of goals, while at the same time, many of its scientific payloads have noted helium-3-related applications.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.isro.org/chandrayaan/htmls/objective_scientific.htm |wayback=20091012110215 |text=Scientific |archiv-bot=2019-04-16 21:09:13 InternetArchiveBot }}. Isro.org (2008-11-11). Abgerufen am 8. November 2011</ref><ref>[http://luna-ci.blogspot.com/2008/11/chandrayaan-1-payload-feature-2-sub-kev.html Luna C/I:: Chandrayaan-1 Payload Feature #2: Sub KeV Atom Reflecting Analyser (SARA)]. Luna-ci.blogspot.com (2008-11-12). Abgerufen am 8. November 2011</ref>
 [[Cosmochemistry|Cosmochemist]] and [[geochemist]] [[Ouyang Ziyuan]] from the [[Chinese Academy of Sciences]] who is now in charge of the [[Chang'e program|Chinese Lunar Exploration Program]] has already stated on many occasions that one of the main goals of the program would be the mining of helium-3, from which operation „each year three space shuttle missions could bring enough fuel for all human beings across the world.“<ref>[http://www.chinadaily.com.cn/cndy/2006-07/26/content_649325.htm He asked for the moon-and got it]. Chinadaily.com.cn (2006-07-26). Abgerufen am 8. November 2011</ref> which is an extreme overstatement however, as one [[Payload (air and space craft)|payload]] to [[Geostationary transfer orbit|GTO]] of current [[spacecraft]] designs is less than 4 tonnes. To „bring enough fuel for all human beings across the world“,<ref name="Witt" /> more than one Space Shuttle load (and the processing of 4 million tonnes of regolith) per week would be necessary.{{Citation needed|date=January 2011}}
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 In January 2006, the Russian space company [[RKK Energiya]] announced that it considers lunar helium-3 a potential economic resource to be mined by 2020,<ref>{{Webarchiv | url=http://www.space.com/news/ap_060126_russia_moon.html | wayback=20080809210848 | text=Russian Rocket Builder Aims for Moon Base by 2015, Reports Say}}. Associated Press (via space.com). 26 January 2006</ref> if funding can be found.<ref>{{cite web|url= http://www.thespacereview.com/article/551/1|title=Moonscam: Russians try to sell the Moon for foreign cash|author=James Oberg|date = February 6, 2006}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.thespacereview.com/article/824/1|title=Death throes and grand delusions| author = [[Dwayne A. Day]]|work=[[The Space Review]]|date=March 5, 2007}}</ref>
-Mining [[gas giant]]s for helium-3 has also been proposed.<ref>{{cite web|title=Atmospheric Mining in the Outer Solar System| author=Bryan Palaszewski|url=http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2006/TM-2006-214122.pdf|format=PDF}} NASA Technical Memorandum 2006-214122. AIAA–2005–4319. Prepared for the 41st Joint Propulsion Conference and Exhibit cosponsored by AIAA, ASME, SAE, and ASEE, Tucson, Arizona, July 10–13, 2005.</ref> The [[British Interplanetary Society]]'s hypothetical [[Project Daedalus]] interstellar probe design was fueled by helium-3 mines in the atmosphere of [[Jupiter]], for example. Jupiter's high gravity makes this a less energetically favorable operation than extracting helium-3 from the other gas giants of the solar system, however.
+Mining [[gas giant]]s for helium-3 has also been proposed.<ref>{{cite web|title=Atmospheric Mining in the Outer Solar System|author=Bryan Palaszewski|url=http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2006/TM-2006-214122.pdf|format=PDF|accessdate=2007-08-30|archiveurl=https://web.archive.org/web/20090327051914/http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2006/TM-2006-214122.pdf|archivedate=2009-03-27|offline=yes|archivebot=2019-04-16 21:09:13 InternetArchiveBot}} NASA Technical Memorandum 2006-214122. AIAA–2005–4319. Prepared for the 41st Joint Propulsion Conference and Exhibit cosponsored by AIAA, ASME, SAE, and ASEE, Tucson, Arizona, July 10–13, 2005.</ref> The [[British Interplanetary Society]]'s hypothetical [[Project Daedalus]] interstellar probe design was fueled by helium-3 mines in the atmosphere of [[Jupiter]], for example. Jupiter's high gravity makes this a less energetically favorable operation than extracting helium-3 from the other gas giants of the solar system, however.
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 Zudem werden für Kernwaffen beträchtliche Mengen reinen Tritiums bewusst in nationalen Kernreaktoren durch die Bestrahlung von [[Lithium#Isotope|Lithium-6]] erzeugt. Das Tritium wird zusammen mit [[Deuterium]] als [[Kernwaffentechnik#Geboostete Spaltbomben|Fusionsbooster]] verwendet, um das Zündverhalten von [[Nuklearwaffe]]n zu verbessern und deren Energiefreisetzung zu steigern. Da das Tritium zu Helium-3 zerfällt, muss es regelmäßig ersetzt werden. Zugleich wird das gebildete Helium-3 entnommen. Aber auch im zentralen Tritium-Vorrat des [[Department of Energy|US-Energieministeriums]] bildet sich entsprechend Helium-3.<ref name="ieer">{{Literatur |Autor=Hisham Zerriffi |Hrsg=Institute for Energy and Environmental Research |Titel=Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium |Datum=1996-01 |Online=[http://ieer.org/wp/wp-content/uploads/1996/01/Tritium_1996_Zerriffi.pdf PDF]}}</ref> Das so gewonnene Helium-3 kommt in den Handel, vor allem über [[Linde AG|Linde Gas]]. Das Unternehmen betreibt eine Anlage, um auch die letzten Reste von Tritium aus dem Helium-Gas herauszufiltern.<ref name="fas">Dana A. Shea, Daniel Morgan: [http://www.fas.org/sgp/crs/misc/R41419.pdf ''The Helium 3 Shortage: Supply, Demand, and Options for Congress'']. Congressional Research Service, vom 22. Dezember 2010, abgerufen am 11. März 2017 (PDF).</ref>
-Bedingt durch die rückläufige Zahl an aktiven Nuklearwaffen, durch die Reduktion und teilweise komplette Aussetzung der Tritium-Produktion durch das US-Energieministerium, und zugleich durch die steigende Zahl an Anwendungen gibt es inzwischen eine Knappheit an Helium-3. Der aktuelle Jahresverbrauch von Helium-3 liegt bei ungefähr 60.000 Litern Gas (ca. 8&nbsp;kg).<ref name="fas" /> Der Preis ist von 100 US-Dollar auf 2150 US-Dollar pro Liter Helium-3-Gas gestiegen.<ref>[http://spectrum.ieee.org/biomedical/diagnostics/physics-projects-deflate-for-lack-of-helium3 Physics Projects Deflate for Lack of Helium-3].<!--Stand?--> Spectrum.ieee.org. Abgerufen am 8. November 2011</ref> Mögliche Optionen für die Zukunft sind neben dem Aufbau einer Tritium-Produktion für zivile Zwecke oder der verstärkten Tritium-Extraktion aus dem Kühlwasser bestehender Reaktoren auch die Helium-3-Abdestillation aus bereits ohnehin für Kühlzwecke verflüssigtem frischem Helium. Letzteres muss zwar immer noch mit erheblichem Aufwand von der bereits erreichten Temperatur 4&nbsp;K weiter auf etwa 1&nbsp;K gekühlt werden, doch kann im Gegenstromverfahren nach dem Abdestillieren das ablaufende Helium-4 das nachlaufende frische Helium vorkühlen. Sehr teuer wäre es, gezielt nur Helium-3 aus Erdgas zu extrahieren, wenn das Helium-4 nicht genutzt wird. Über einen Helium-3-Abbau auf dem Mond ist nachgedacht worden.<ref>[[Technology Review]]: [https://www.heise.de/tr/artikel/Energie-vom-Mond-280259.html Energie vom Mond] vom 31. August 2007, abgerufen am 15. Juli 2015</ref>
+Bedingt durch die rückläufige Zahl an aktiven Nuklearwaffen, durch die Reduktion und teilweise komplette Aussetzung der Tritium-Produktion durch das US-Energieministerium und zugleich durch die steigende Zahl an Anwendungen gibt es inzwischen eine Knappheit an Helium-3. Der aktuelle Jahresverbrauch von Helium-3 liegt bei ungefähr 60.000 Litern Gas (ca. 8&nbsp;kg).<ref name="fas" /> Der Preis ist von 100 US-Dollar auf 2150 US-Dollar pro Liter Helium-3-Gas gestiegen.<ref>[http://spectrum.ieee.org/biomedical/diagnostics/physics-projects-deflate-for-lack-of-helium3 Physics Projects Deflate for Lack of Helium-3].<!--Stand?--> Spectrum.ieee.org. Abgerufen am 8. November 2011</ref> Mögliche Optionen für die Zukunft sind neben dem Aufbau einer Tritium-Produktion für zivile Zwecke oder der verstärkten Tritium-Extraktion aus dem Kühlwasser bestehender Reaktoren auch die Helium-3-Abdestillation aus bereits ohnehin für Kühlzwecke verflüssigtem frischem Helium. Letzteres muss zwar immer noch mit erheblichem Aufwand von der bereits erreichten Temperatur 4&nbsp;K weiter auf etwa 1&nbsp;K gekühlt werden, doch kann im Gegenstromverfahren nach dem Abdestillieren das ablaufende Helium-4 das nachlaufende frische Helium vorkühlen. Sehr teuer wäre es, gezielt nur Helium-3 aus Erdgas zu extrahieren, wenn das Helium-4 nicht genutzt wird. Über einen Helium-3-Abbau auf dem Mond ist nachgedacht worden.<ref>[[Technology Review]]: [https://www.heise.de/tr/artikel/Energie-vom-Mond-280259.html Energie vom Mond] vom 31. August 2007, abgerufen am 15. Juli 2015</ref>
 == Physikalische Eigenschaften ==
-Aufgrund des im Verhältnis großen Massenunterschieds von fast 25 % zeigen Helium-3 und Helium-4 deutlichere Unterschiede in ihren Eigenschaften als die Isotope schwerer Elemente. So liegt der Siedepunkt von Helium-4 bei 4,23&nbsp;[[Kelvin|K]], der von Helium-3 bei nur noch 3,19&nbsp;K, entsprechend einem Temperaturverhältnis von 4:3, das fast genau dem Kernmassenverhältnis von 4:3 entspricht. Da die Temperatur linear zur Gesamtenergie des jeweiligen Atoms ist, sind am jeweiligen Siedepunkt von Helium-3 und Helium-4 die Energien pro Nukleon fast gleich. Zum Vergleich: Wasserstoff siedet bei 21,15&nbsp;K, das doppelt so schwere Deuterium hat dennoch nur einen gut 11 % höheren Siedepunkt von 23,57&nbsp;K. Die kritische Temperatur, jenseits derer nicht mehr zwischen Flüssigkeit und Gas unterschieden werden kann, liegt für Helium-3 bei 3,35&nbsp;K, für Helium-4 bei 5,3&nbsp;K.
-Der erhebliche Unterschied in der Siedetemperatur kann verwendet werden, um Helium-3 aus einem Helium-3/Helium-4-Gemisch abzudestillieren: Bei 1,25&nbsp;K beträgt der Dampfdruck von Helium-3 beispielsweise noch 3170&nbsp;Pa, der von Helium-4 nur noch 115&nbsp;Pa.<ref>[{{Toter Link|url=http://www.ptb.de/cms/publikationen/buecher/der-kohlrausch-praktische-physik/praktische-physik-band-1.html |date=2017-08-06 |inline=ja}} 'Kohlrausch Praktische Physik, Tabellen und Diagramme zu Kapital 3, Seiten 342 und 343]</ref> Bei Temperaturen unter 0,86&nbsp;K fangen Helium-3 und Helium-4 sogar an, sich spontan zu entmischen. Um auf diesem Weg Helium-3-Konzentrationen kleiner 10 % bzw. größer 90 % zu erreichen, werden aber sehr tiefe Temperaturen unter 0,3&nbsp;K benötigt.
+=== Siedepunkt und Kritischer Punkt ===
+Aufgrund des im Verhältnis großen Massenunterschieds von fast 25 % zeigen Helium-3 und Helium-4 deutlichere Unterschiede in ihren Eigenschaften als die Isotope schwerer Elemente. So liegt der Siedepunkt von Helium-4 bei 4,23&nbsp;[[Kelvin|K]], der von Helium-3 bei nur noch 3,19&nbsp;K, entsprechend einem Temperaturverhältnis von 4:3, das fast genau dem Kernmassenverhältnis von 4:3 entspricht. Da die Temperatur linear zur Gesamtenergie des jeweiligen Atoms ist, sind am jeweiligen Siedepunkt von Helium-3 und Helium-4 die Energien pro Nukleon fast gleich. Zum Vergleich: Wasserstoff siedet bei 21,15&nbsp;K, das doppelt so schwere Deuterium hat dennoch nur einen gut 11 % höheren Siedepunkt von 23,57&nbsp;K. Die [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|Kritische Temperatur]], jenseits derer nicht mehr zwischen Flüssigkeit und Gas unterschieden werden kann, liegt für Helium-3 bei 3,35&nbsp;K, für Helium-4 bei 5,3&nbsp;K.
-Weiterhin gehört Helium-4 mit seiner hohen Symmetrie (zwei Protonen, zwei Neutronen, zwei Elektronen) und Gesamt[[spin]]&nbsp;0 zu den [[Boson]]en. Helium-3 hingegen besitzt Spin&nbsp;<big>½</big>&nbsp; und ist damit ein [[Fermion]]. So wird Helium-4 schon bei 2,17&nbsp;K [[Suprafluidität|suprafluid]], Helium-3 erst bei 2,491&nbsp;mK. Die gängigen Theorien der Suprafluidität von Helium-3 besagen, dass sich dort je zwei Helium-3-Atome zu einem [[Cooper-Paar]] zusammenfinden und dadurch ein Boson bilden. Einen ähnlichen Effekt gibt es auch bei elektrischen [[Supraleiter]]n, wo sich gemäß der [[BCS-Theorie]] je zwei fermionische Elektronen zu einem Cooper-Paar zusammenfinden. Bei Helium-4 ist dieser Zwischenschritt nicht nötig, es wird direkt suprafluid.
+Der erhebliche Unterschied in der Siedetemperatur kann verwendet werden, um Helium-3 aus einem Helium-3/Helium-4-Gemisch abzudestillieren: Bei 1,25&nbsp;K beträgt der Dampfdruck von Helium-3 beispielsweise noch 3,17&nbsp;kPa, der von Helium-4 nur noch 0,115&nbsp;kPa.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.ptb.de/cms/publikationen/buecher/der-kohlrausch-praktische-physik/praktische-physik-band-1.html |wayback=20141024085511 |text='Kohlrausch Praktische Physik, Tabellen und Diagramme zu Kapital 3, Seiten 342 und 343 |archiv-bot=2019-04-16 21:09:13 InternetArchiveBot }}</ref> Bei Temperaturen unter 0,86&nbsp;K fangen Helium-3 und Helium-4 sogar an, sich spontan zu entmischen. Um auf diesem Weg Helium-3-Konzentrationen kleiner 10 % bzw. größer 90 % zu erreichen, werden aber sehr tiefe Temperaturen unter 0,3&nbsp;K benötigt.
-Weiterhin hat Helium-3 aufgrund seiner fermionischen Eigenschaften eine wesentlich höhere Nullpunktsenergie als Helium-4: Aufgrund des [[Pauli-Prinzip]]s müssen sich alle Helium-3-Atome in unterschiedlichen Zuständen befinden, während sich – bei ausreichend tiefen Temperaturen – beliebig viele Helium-4-Atome gleichzeitig im Grundzustand befinden können. Auch die Nullpunktsenergie des Grundzustands liegt aufgrund der geringeren Masse höher. In der Folge schwingen Helium-3-Atome stärker, so dass sie im flüssigen Zustand weniger dicht gepackt sind als bei Helium-4: Flüssiges Helium-3 hat am Siedepunkt (3,19&nbsp;K, 1&nbsp;bar Druck) eine Dichte von 59&nbsp;g/L, flüssiges Helium-4 trotz der höheren Temperatur (4,23&nbsp;K) mehr als das Doppelte mit 125&nbsp;g/L. Die zur Verdampfung nötige Enthalpie beträgt mit 0,026 kJ/mol weniger als ein Drittel der von Helium-4 mit 0,0829 kJ/mol.<ref>[http://www.trgn.com/database/cryogen.html Teragon’s Summary of Cryogen Properties] Teragon Research, 2005.</ref>
+=== Nullpunktsenergie ===
+Weiterhin gehört Helium-4 mit seiner hohen Symmetrie (zwei Protonen, zwei Neutronen, zwei Elektronen) und Gesamt[[spin]]&nbsp;0 zu den [[Boson]]en. Helium-3 hingegen besitzt Spin&nbsp;<big>½</big>&nbsp; und ist damit ein [[Fermion]]. Aufgrund seiner fermionischen Eigenschaften hat Helium-3 eine wesentlich höhere Nullpunktsenergie als Helium-4: Aufgrund des [[Pauli-Prinzip]]s müssen sich alle Helium-3-Atome in unterschiedlichen Zuständen befinden, während sich – bei ausreichend tiefen Temperaturen – beliebig viele Helium-4-Atome gleichzeitig im Grundzustand befinden können. Auch die [[Nullpunktsenergie]] des Grundzustands liegt aufgrund der geringeren Masse höher. In der Folge schwingen Helium-3-Atome stärker, so dass sie im flüssigen Zustand weniger dicht gepackt sind als bei Helium-4: Flüssiges Helium-3 hat am Siedepunkt (3,19&nbsp;K, 1&nbsp;bar Druck) eine Dichte von 59&nbsp;g/L, flüssiges Helium-4 trotz der höheren Temperatur (4,23&nbsp;K) mehr als das Doppelte mit 125&nbsp;g/L. Die zur Verdampfung nötige Enthalpie beträgt mit 0,026 kJ/mol weniger als ein Drittel der von Helium-4 mit 0,0829 kJ/mol.<ref>[http://www.trgn.com/database/cryogen.html Teragon’s Summary of Cryogen Properties] Teragon Research, 2005.</ref>
+=== Suprafluidität ===
+Während Helium-4 schon bei 2,17&nbsp;K [[Suprafluidität|suprafluid]] wird, tritt dies bei Helium-3 erst bei 2,491&nbsp;mK auf. Die gängigen Theorien der Suprafluidität von Helium-3 besagen, dass sich dort je zwei Helium-3-Atome zu einem [[Cooper-Paar]] zusammenfinden und dadurch ein Boson bilden. Einen ähnlichen Effekt gibt es auch bei elektrischen [[Supraleiter]]n, wo sich gemäß der [[BCS-Theorie]] je zwei fermionische Elektronen zu einem Cooper-Paar zusammenfinden. Bei Helium-4 ist dieser Zwischenschritt nicht nötig, es wird direkt suprafluid.
 Aufgrund der sehr tiefen Temperaturen, bei denen Suprafluidität bei Helium-3 auftritt, wurde diese erst vergleichsweise spät entdeckt. In den 1970er Jahren beobachteten [[David Morris Lee]], [[Douglas Dean Osheroff]] und [[Robert Coleman Richardson]] sogar zwei Phasenübergange entlang der Schmelzkurve, welche bald als zwei suprafluide Phasen des Helium-3 gedeutet wurden.<ref>{{cite journal|last=Osheroff|first=D. D. |authorlink= |coauthors=Richardson, R. C.; Lee, D. M.|year=1972|month= |title=Evidence for a New Phase of Solid He<sup>3</sup> |journal=[[Physical Review Letters]]|volume=28|issue=14|pages=885–888|doi=10.1103/PhysRevLett.28.885|url= |bibcode= 1972PhRvL..28..885O}}</ref><ref>{{cite journal|last=Osheroff|first=D. D.|authorlink= |coauthors=Gully, W. J.; Richardson, R. C.; Lee, D. M.|year=1972|month= |title=New Magnetic Phenomena in Liquid He<sup>3</sup> below 3 mK|journal=Physical Review Letters |volume=29|issue=14|pages=920–923|doi=10.1103/PhysRevLett.29.920|bibcode=1972PhRvL..29..920O}}</ref> Der Übergang zu einem Suprafluid tritt bei 2,491&nbsp;mK auf der Schmelzkurve auf. Für diese Entdeckung wurden sie 1996 mit dem [[Nobelpreis für Physik]] ausgezeichnet.
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 Die Anwesenheit von zwei Phasen ist ein klares Anzeichen dafür, dass <sup>3</sup>He eine ungewöhnliche Supraflüssigkeit (bzw. Supraleiter) ist, da für die beiden Phasen eine weitere Symmetrie, außer der Eichsymmetrie, benötigt wird, die spontan gebrochen wird. In der Tat ist es eine ''p''-Wellen-Supraflüssigkeit, mit Spin eins (<math>S=1</math>) und [[Drehimpuls]] eins (<math>L=1</math>). Der Grundzustand entspricht dann einem vektoriell addierten Gesamtdrehimpuls <math>\vec{J} = \vec{L} + \vec{S}</math>. Angeregte Zustände haben einen Gesamtdrehimpuls <math>J>0</math>, was angeregten kollektiven Paarmoden entspricht. Wegen der extremen Reinheit der Supraflüssigkeit <sup>3</sup>He konnten diese kollektiven Moden dort mit höherer Genauigkeit untersucht werden als in jedem anderen ungewöhnlichen Paarbildungssystem. Die große Reinheit wird erreicht, da alle Materialien außer <sup>4</sup>He bei den tiefen Temperaturen längst gefroren und zum Boden gesunken sind, und jegliches <sup>4</sup>He sich entmischt und in einer getrennten Phase vorliegt. Letztere enthält zwar noch 6,5 % an <sup>3</sup>He, die sich auch am absoluten Nullpunkt nicht entmischen würden, die aber hier nicht stören, da das in <sup>4</sup>He gelöste Rest-<sup>3</sup>He nicht suprafluid wird.
+=== Polarisation ===
 Aufgrund des [[Spin]]s&nbsp;<big>½</big>&nbsp; trägt das <sup>3</sup>He-Atom ein magnetisches Moment. Im Magnetfeld stellen sich mehr dieser Momente parallel zum Magnetfeld als antiparallel dazu, dieser Effekt wird [[Spinpolarisation]] genannt. <sup>3</sup>He-Gas wird unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds also selber leicht magnetisch. Bei Raumtemperatur ist aber der zahlenmäßige Unterschied zwischen den parallel und antiparallel ausgerichteten Magneten klein, da die durchschnittliche Energie pro Atom bei dieser Temperatur viel höher liegt als die Energieaufspaltung im Magnetfeld, dem hohen [[Gyromagnetisches Verhältnis|gyromagnetischen Verhältnis]] des Heliums zum Trotz. Mit der Technik der [[Hyperpolarisation (Physik)|Hyperpolarisation]] gelingt es aber, Polarisationsgrade von bis zu 70 % zu erreichen. Aufgrund der geringen Wechselwirkung der Kernspins mit der Umgebung lässt sich einmal erzeugtes hyperpolarisiertes Helium-3 für bis zu 100&nbsp;Stunden in Drucktanks aufbewahren.
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 == Verwendung ==
 === Kryotechnik ===
-Das wichtigste Anwendungsgebiet von Helium-3 ist die [[Kryotechnik]]. Eine Helium-3-[[Absorptionskältemaschine]] arbeitet mit reinem <sup>3</sup>He und erreicht damit Temperaturen bis hinab zu 0,2 bis 0,3&nbsp;K. Die [[3He-4He-Mischungskühlung|<sup>3</sup>He-<sup>4</sup>He-Mischungskühlung]] nutzt die spontane Entmischung von <sup>3</sup>He und <sup>4</sup>He zur Kühlung bis hinab zu wenigen [[Kelvin|Milli-Kelvin]]:<ref>{{Webarchiv | url=http://na47sun05.cern.ch/target/outline/dilref.html | wayback=20100208194054 | text=Dilution Refrigeration}}. cern.ch</ref> In der schwereren <sup>4</sup>He-reichen Phase löst sich jedoch noch etwas <sup>3</sup>He. Wenn man <sup>3</sup>He aus der gemischten Phase abdestilliert, verringert sich der <sup>3</sup>He-Anteil in der <sup>4</sup>He-Phase, und <sup>3</sup>He strömt aus der reinen <sup>3</sup>He-Phase in die <sup>4</sup>He-reiche Phase nach. Beim Lösen des <sup>3</sup>He in der <sup>4</sup>He-Phase wird Wärmeenergie verbraucht, und die Temperaturen sinken.
+Das wichtigste Anwendungsgebiet von Helium-3 ist die [[Kryotechnik]]. Eine Helium-3-[[Absorptionskältemaschine]] arbeitet mit reinem <sup>3</sup>He und erreicht damit Temperaturen bis hinab zu 0,2 bis 0,3&nbsp;K. Die [[3He-4He-Mischungskühlung|<sup>3</sup>He-<sup>4</sup>He-Mischungskühlung]] nutzt die spontane Entmischung von <sup>3</sup>He und <sup>4</sup>He zur Kühlung bis hinab zu wenigen tausendstel Kelvin:<ref>{{Webarchiv | url=http://na47sun05.cern.ch/target/outline/dilref.html | wayback=20100208194054 | text=Dilution Refrigeration}}. cern.ch</ref> In der schwereren <sup>4</sup>He-reichen Phase löst sich jedoch noch etwas <sup>3</sup>He. Wenn man <sup>3</sup>He aus der gemischten Phase abdestilliert, verringert sich der <sup>3</sup>He-Anteil in der <sup>4</sup>He-Phase, und <sup>3</sup>He strömt aus der reinen <sup>3</sup>He-Phase in die <sup>4</sup>He-reiche Phase nach. Beim Lösen des <sup>3</sup>He in der <sup>4</sup>He-Phase wird Wärmeenergie verbraucht, und die Temperaturen sinken.
 Neben der Nutzung als Kältemittel ist <sup>3</sup>He selbst intensiver Forschungsgegenstand der Tieftemperaturphysik.
 === Neutronendetektion ===
-Helium-3 wird zur [[Neutronendetektion]] in [[Zählrohr#Proportionalzählrohre für Neutronen|Zählrohren]] verwendet, denn es hat einen großen [[Wirkungsquerschnitt]] für die [[Kernreaktion]]
+Helium-3 wird zur [[Neutronendetektion]] in [[Zählrohr#Proportionalzählrohre für Neutronen|Zählrohren]] verwendet, denn es hat für [[thermische Neutronen]] einen großen [[Wirkungsquerschnitt]] für die [[Kernreaktion]]
 :n + <sup>3</sup>He → <sup>3</sup>H + <sup>1</sup>H + 0,764 MeV,
 die die geladenen Rückstoßkerne [[Tritium]] (T, <sup>3</sup>H) und [[Wasserstoff#Protium|Protium]] (p, <sup>1</sup>H) erzeugt.
-Das [[Vereinigte Staaten|US-amerikanische]] [[Department of Homeland Security]] hoffte zeitweise, mit He-3-Detektoren in Schiffscontainern geschmuggeltes Plutonium durch seine Neutronenemission aufspüren zu können. Eine weltweite Verknappung des Helium-3 hat dies verhindert.<ref>Wald, Matthew L. [http://www.nytimes.com/2009/11/23/us/23helium.html?partner=rss&emc=rss ''Nuclear Bomb Detectors Stopped by Material Shortage'']. Nytimes.com, 22. November 2009. Abgerufen am 8. November 2011</ref>
 === Polarisator für Neutronen ===
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 === Theoretischer Einsatz in Fusionsreaktoren ===
-Es wurde vorgeschlagen, <sup>3</sup>He als Treibstoff in einer hypothetischen zweiten oder dritten Generation von [[Kernfusionsreaktor|Fusionsreaktoren]] zu verwenden. Solche Fusionsreaktoren hätten große Vorteile hinsichtlich der Erzeugung von [[Radioaktivität]]. Ein weiterer möglicher Vorteil wäre, dass die emittierten [[Proton]]en, die den Energiegewinn der He-3-Fusionsreaktion tragen, durch elektrische und magnetische Felder eingefangen und ihre Energie direkt in Strom gewandelt werden könnte.<ref>{{cite web|url=http://fti.neep.wisc.edu/presentations/jfs_ieee0904.pdf|format=PDF|title=Lunar <sup>3</sup>He and Fusion Power|author=John Santarius|date=2004-09-28|accessdate=2014-06-09}}</ref>
+Es wurde vorgeschlagen, <sup>3</sup>He als Treibstoff in einer hypothetischen zweiten oder dritten Generation von [[Kernfusionsreaktor|Fusionsreaktoren]] zu verwenden. Solche Fusionsreaktoren hätten große Vorteile hinsichtlich der Verminderung von [[Radioaktivität]]. Ein weiterer möglicher Vorteil wäre, dass die emittierten [[Proton]]en, die den Energiegewinn der Helium-3-Fusionsreaktion tragen, durch elektrische und magnetische Felder eingefangen und ihre Energie direkt in Strom gewandelt werden könnte.<ref>{{cite web|url=http://fti.neep.wisc.edu/presentations/jfs_ieee0904.pdf|format=PDF|title=Lunar <sup>3</sup>He and Fusion Power|author=John Santarius|date=2004-09-28|accessdate=2014-06-09}}</ref>
-Helium-3 bietet energieliefernde Kernreaktionen mit [[Deuterium]] oder auch – wenngleich technisch noch schwieriger zu realisieren – mit sich selbst (siehe [[Kernfusion#Deuterium/Helium-3 und Helium-3/Helium-3|Deuterium/Helium-3 und Helium-3/Helium-3]]). Beide Reaktionen sind durch [[Teilchenbeschleuniger|Beschleunigerexperimente]] gut bekannt. Die Realisierbarkeit als Energiequelle liegt aber mindestens noch sehr viele Jahrzehnte in der Zukunft.<ref>{{cite journal|url= http://www.technologyreview.com/energy/19296/|title=Mining the Moon: Lab experiments suggest that future fusion reactors could use helium-3 gathered from the moon|author=Mark Williams|journal=MIT Technology Review|date=23. August 2007|accessdate=2014-06-09}}</ref>
+Helium-3 bietet energieliefernde Kernreaktionen mit [[Deuterium]] oder auch – wenngleich technisch noch schwieriger zu realisieren – mit sich selbst (siehe [[Kernfusion#Deuterium/Helium-3 und Helium-3/Helium-3|Deuterium/Helium-3 und Helium-3/Helium-3]]). Beide Reaktionen sind durch [[Teilchenbeschleuniger|Beschleunigerexperimente]] gut bekannt. Die Realisierbarkeit als Energiequelle liegt aber mindestens noch sehr viele Jahrzehnte in der Zukunft.<ref>{{cite journal|url= http://www.technologyreview.com/energy/19296/|title=Mining the Moon: Lab experiments suggest that future fusion reactors could use helium-3 gathered from the moon|author=Mark Williams|journal=MIT Technology Review|date=2007-08-23|accessdate=2014-06-09}}</ref>
-Die Helium-3-Mengen, welche benötigt würden, um fossile Treibstoffe zu ersetzen, liegen mehr als vier Größenordnungen über der derzeitigen Weltproduktion. Die bei der <sup>2</sup>H-<sup>3</sup>He-Fusion freigesetzte Gesamtenergie beträgt 18,4&nbsp;MeV. Das entspricht 493 MWh pro [[Mol]] (entspricht 3&nbsp;g) <sup>3</sup>He. Könnte man diese Energie vollständig in elektrischen Strom umwandeln, benötigt man für den derzeitigen [[Weltenergiebedarf]] an elektrischem Strom allein 145&nbsp;t <sup>3</sup>He pro Jahr. Dem steht eine Produktion von 8&nbsp;kg pro Jahr gegenüber, die jetzt schon (2010) unter dem Bedarf liegt und zu einer Preisexplosion (300-facher [[Goldpreis]]) geführt hat.
+Die Helium-3-Mengen, die benötigt würden, um fossile Treibstoffe zu ersetzen, liegen mehr als vier Größenordnungen über der derzeitigen Weltproduktion. Die bei der <sup>2</sup>H-<sup>3</sup>He-Fusion freigesetzte Gesamtenergie beträgt 18,4&nbsp;MeV. Das entspricht 493&nbsp;MWh pro [[Mol]] (entspricht 3&nbsp;g) <sup>3</sup>He. Könnte man diese Energie vollständig in elektrischen Strom umwandeln, benötigt man für den derzeitigen [[Weltenergiebedarf]] an elektrischem Strom allein 145&nbsp;t <sup>3</sup>He pro Jahr. Dem steht eine Produktion von 8&nbsp;kg pro Jahr gegenüber.
 == Literatur ==
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     |Seiten=119–138
     |DOI=10.1063/1.1774674}}
-*{{cite web
+* {{cite web
   |author=L. J. Wittenberg
-  |date=July 1994
+  |date=1994-07
   |url=http://fti.neep.wisc.edu/pdf/fdm967.pdf
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-[[Kategorie:Plasmaphysik]]
 [[Kategorie:Kernbrennstoff]]
 [[Kategorie:Kernfusion]]
 [[Kategorie:Nuklid]]