ヘリウム3のソースを表示

{{Infobox 同位体
 | background =       #f99
 | isotope_name =     ヘリウム3
 | isotope_filename =
 | alternate_names =
 | mass_number =      3
 | symbol =           He
 | num_neutrons =     1
 | num_protons =      2
 | abundance =        0.000137%（地球大気）
 | halflife =         安定
 | decay_mode1 =
 | decay_energy1 =
 | decay_product =
 | decay_symbol =
 | decay_mass =
 | mass =             3.0160293191(26) <ref>{{cite web | title = Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements | url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=&all=all&ascii=html&isotype=some | publisher = [[NIST]] | accessdate = 2010-08-19}}</ref>
 | spin =             1/2+
 | excess_energy =    14931.21475
 | error1 =           0.00242
 | binding_energy =   2572.681
 | error2 =           0.001
 | image =            He-3 atom.png
}}
'''ヘリウム3'''（ヘリウムさん、{{lang-en-short|helium-3}}）は、[[ヘリウムの同位体]]の一つである。

ヘリウム3({{sup|3}}He)の[[原子核]]は、[[陽子]]2個と[[中性子]]1個からなり、通常の[[ヘリウム原子]]({{sup|4}}He)より軽い[[安定同位体]]である。ヘリウム3は[[核融合]]のD-D反応、[[陽子-陽子連鎖反応]]の際に発生する。また[[三重水素]]の[[娘核種]]であり、{{sup|3}}Hの[[ベータ崩壊]]により生成する。

== 存在 ==
ヘリウム3は[[地球]]の大気中では[[ヘリウム4]]の100万分の1しか存在しない。しかしながら[[太陽]]大気中には0.0142%の同位体比で存在し<ref>E. Anders and N. Greverse, Abundances of the elements: Meteoritic and solar. ''Geochim. Cosmochim. Acta'' 53 (1989).</ref>、[[月]]面には地球上よりはるかに多く存在する<ref>[http://fti.neep.wisc.edu/Research/he3_pubs.html FTI Research Projects :: 3He Lunar Mining]</ref><ref>{{PDFlink|[http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06-526.pdf 百由弘 『ヘリウム3資源』 核融合科学研究所 pdf]}}</ref>。このため月面の岩石からヘリウム3の採掘を試みる研究も行われている。これは太陽大気中には宇宙の初期において[[ビッグバン原子核合成]]の結果生成したヘリウム3が蓄積しているものであるが、地球大気では地球創成期に存在していたヘリウムがほとんど宇宙空間に逸散し、現在の地球大気中に存在するヘリウムは大部分が[[岩石]]中の[[トリウム]]および[[ウラン]]などの[[アルファ崩壊]]の結果、生じたものであるためである。一方、月面においては[[太陽風]]から供給されるヘリウム3が蓄積している。

[[1995年]]に[[惑星探査機]][[ガリレオ (探査機)|ガリレオ]]が[[木星の大気|木星大気]]に測定用[[プローブ]]を突入させ、大気を[[質量分析計]]で測定した結果{{sup|3}}Heと{{sup|4}}Heの比率は約1:10,000であった<ref>[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1996Sci...272..846N/abstract The Galileo Probe Mass Spectrometer: Composition of Jupiter's Atmosphere] Science, Volume 272, Issue 5263, pp. 846-849, {{doi|10.1126/science.272.5263.846}}</ref>。

== 人工合成 ==
ヘリウム3は地球上において存在量が稀少であるため、[[リチウム6]] (<sup>6</sup>Li)に陽子ビームを照射することによる人工合成が検討されたが、反応断面積が小さいため有利な反応といえるものではなかった<ref>{{Cite conference|last=Momota|first=H.|year=1994|title=|conference=6th International Toki Conference (ITC-6)|place=Toki, Japan|publisher=}}</ref>。
:<math>{}^{6}\hbox{Li}+{}^{1}\hbox{p}\to{}^{3}\hbox{He}+\;\alpha</math>
また、中性子をリチウム原子に照射して三重水素を製造し、これをベータ崩壊させてヘリウム3を合成することも考えられる。しかし{{sup|3}}Hの[[半減期]]は12.32年であり、これを待たなければならない。
:<chem>{^6Li} + {^1n} -> {^4He} + {^3H}</chem>

:<math>{}^3_1\hbox{H}\  \xrightarrow[12.32\ years]{\beta^-\ 18.6\ keV}\ {}^3_2\hbox{He}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_{\hbox{e}}</math>

== 性質 ==
[[分子量]]の違いのため[[気体]]状態において通常のヘリウム ({{sup|4}}He)より[[密度]]が低く、また[[沸点]]および[[臨界点]]共に{{sup|4}}Heより低い。沸点における液体の密度は分子量から予測されるよりもさらに低く、蒸発熱も著しく低い。これはヘリウム分子間の極めて弱い[[ロンドン分散力|双極子-双極子相互作用]]よりも[[零点振動]]の寄与が大きくなるためである<ref>[http://www.trgn.com/database/cryogen.html Teragon's Summary of Cryogen Properties] Teragon Research, 2005</ref>。
{| class="wikitable" style="text-align: center; white-space:nowrap;"
|-
!
! {{sup|3}}He
! {{sup|4}}He
|-
| 沸点(1 atm)
|| 3.19 K
|| 4.23 K
|-
| 臨界点
|| 3.35 K
|| 5.19 K
|-
| 蒸発熱
|| 0.026 kJ mol{{sup|−1}}
|| 0.0829 kJ mol{{sup|−1}}
|-
| 沸点における液体の密度(1 atm)
|| 0.059 g cm{{sup|−3}}
|| 0.12473 g cm{{sup|−3}}
|}

== 核融合への応用 ==
[[重水素]]とヘリウム3との[[核融合]]はその[[クーロン障壁]]が高いため、[[核融合炉]]としての実現が比較的容易であると考えられているD-T反応による[[質量欠損|質量偏差]]をも上回る。またヘリウム3は三重水素と異なり非放射性であり、かつD-{{sup|3}}He反応は[[中性子]]が発生しないため、比較的扱いやすいとされている。（同時に起こるD-D反応により少量の中性子は生成する。）
:<math chem>\begin{array}{cccl}
\ce{^2H} + \ce{^3H}  &\ce{->}& \ce{^4He} + \ce{^1n} &+ 17.571\,\mathrm{MeV}\\
\ce{^2H} + \ce{^3He} &\ce{->}& \ce{^4He} + \ce{^1p} &+ 18.354\,\mathrm{MeV}
\end{array}</math>

== 中性子検出 ==
ヘリウム3は中性子を検出するためにしばしば用いられる。これは{{sup|3}}Heの中性子吸収断面積が大きいためであり、測定は反応により生成した三重水素や反跳陽子を計測することにより行われる<ref>[http://www.rada.or.jp/database/home4/normal/ht-docs/member/synopsis/040162.html 中高速中性子測定用シンチレータ]</ref><ref>{{PDFlink|[http://web.mit.edu/8.13/www/tgm-neutron-detectors.pdf Helium-3 Neutron Proportional Counters .pdf]}}</ref>。
:<math chem>\begin{array}{cccl}
\ce{^1n} + \ce{^3He} &\ce{->}& \ce{^3H} + \ce{^1p} &+\ 0.764\, \mathrm{MeV}
\end{array}</math>

== 低温物理学 ==
{{main|3He-4He希釈冷凍法}}

== 関連項目 ==
* [[三体力]]

== 脚注・参考文献 ==
{{reflist}}
{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:へりうむ3}}
[[Category:ヘリウムの同位体|3]]