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Concept
Hélium 3
Résumé
L’hélium 3, noté He, est l'isotope de l'hélium dont le nombre de masse est égal à 3 : son noyau atomique compte deux protons et un seul neutron, avec un spin 1/2+ pour une masse atomique de . Cet isotope stable — non radioactif — est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de .
Recherché pour ses applications potentielles en fusion nucléaire, est rare sur Terre, où il constitue environ de l'hélium du manteau ; dans l'atmosphère terrestre, on compte d'hélium, dont représente seulement , soit une fraction d'à peine 7,2 de l'atmosphère dans son ensemble. Tout comme l'hydrogène, provient essentiellement de la nucléosynthèse primordiale, aux premiers instants de l'Univers, et n'est pas issu de la nucléosynthèse stellaire ; il est consommé dans les étoiles comme le lithium, le béryllium et le bore. , dont les éléments sont isolés des réactions de fusion du centre. Le vent solaire en envoie dans le reste du système solaire. Repoussé par le champ magnétique terrestre, il s'est accumulé à la surface de la Lune de par l'absence d'atmosphère sur notre satellite.
L’hélium 3 pur est le liquide au point d’ébullition le plus bas qui existe, environ à pression atmosphérique.
On a longtemps cherché un état superfluide, que l’hélium 4 possède au point lambda à . D. D. Osheroff, R. C. Richardson et D. M. Lee ont montré en 1972 que l'He devient superfluide (phase A) en dessous de , et qu'il existe une deuxième phase superfluide (B) en dessous de . Ces phases ont été décrites théoriquement par Anderson, Brinkman et Morel pour la phase A et par Balian et Werthamer pour la phase B. Les températures requises ne peuvent être atteintes simplement par pompage sur le liquide bouillant (en équilibre avec sa vapeur) car cette technique ne permet pas de descendre en dessous de ~ pour l’hélium (il faudrait sinon des volumes initiaux considérables). L'effet Pomerantchouk permet d'atteindre ces températures en comprimant l'^3He.
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