In “Physics Today” vom Oktober 2009 gibt es einen interessanten Artikel über den möglichen künftigen Mangel an Helium-3.
3He ist in vielen physikalischen Experimenten ein Muss, denn nur damit kann man Temperaturen unter 1K erreichen. Im Vergleich zum häufigen Isotop 4He macht sich hier bemerkbar, dass es leichter ist. Das Prinzip dieser Kühltechnik ist Evaporation. Die energetischsten Atome, also die heißen, befinden sich eher an der Oberfläche. Wenn man sie wegbläst, kühlt das Helium. Wie heißer Tee, über den man pustet. Nur dass man 4He so bis 1,1K bringen kann, aber das leichtere Isotop bis 0,26K. Mit Tricks und Mischungen der beiden Isotopen, wo zum Tragen kommt dass 4He superfluid wird, kommt man sogar bis zu Millikelvin.

Tieftemperatur-Forschung macht aber nur 1,2% des Bedarfs an 3He aus. Der Großteil geht für Neutronendetektoren drauf, denn durch die Absorption eines Neutrons ensteht aus dem 3He ein Tritium-Kern (und ein Wasserstoff), die man dann in einem Geigerzähler messen kann. Der Bedarf ist enorm: Physkalische Experimente mit Neutronenstreuung, Lasern etc brauchen 10% des 3He, aber den größten Batzen in den USA verbraucht mal wieder der unsägliche Sicherheitswahn. Das Department of Homeland Security braucht 3He für Neutronendetektoren, die Schmuggel von Plutonium feststellen sollen (!!)
Daneben braucht man auch in der Medizin noch etwas 3He um Lungen in MRI-Scannern zu untersuchen.
Außerdem, in ferner Zukunft, könnte man mal 3He für Fusionsreaktoren einsetzen. Dann wird man es wohl auf dem Mond abbauen müssen…

Woher nehmen

Nun liegt der Jahresverbrauch von 3He international um die 10000-20000 Liter pro Jahr, und es könnten 65000 l/y werden. Leider nimmt aber die Produktion ab. Könnt ihr euch vorstellen was die Quelle für 3He ist? Ihr ratet es nie…Atomsprengköpfe die demontiert werden. Denn das Tritium, das man dabei sammelt zerfällt u.a. zu 3He. Nun nimmt aber die Zahl an demontierten Sprengköpfen ab. Außerdem weiß niemand wieviel Tritium so zur Verfügung steht – denn wäre das bekannt, könnte man daraus die Anzahl an gebunkerten Sprengköpfen zurückrechnen…

Im Februar 2010 wird es einen Workshop geben bei dem dieses Problem besprochen werden soll. Eine Möglichkeit wäre natürlich, weniger zu verbrauchen. Aber wie will man dem DHS Verstand beibringen? Dann kann man nach Ersatz suchen. In den Lungenuntersuchungen könnte man beispielsweise auch 129Xe einsetzen, auch wenn es die einzige, etwas schlechtere Alternative ist. Aber wenn das DHS schon so viel verbraucht und das weiterhin will, könnte es eventuell auf Bor-Trifluorid setzen, das wäre wohl eine mögliche Alternative.

Kommentare (12)

  1. #1 Florian Freistetter
    11/04/2009

    “Das Department of Homeland Security braucht 3He für Neutronendetektoren, die Schmuggel von Plutonium feststellen sollen “

    Ach, die können doch das Zeug nehmen, das die Iraker zur Sprengstoffdetektion anwenden 😉 http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/11/bomben-suchen-im-irak-mit-wunschelruten.php

    Ernsthaft: Kann man He-3 überhaupt irgendwie erzeugen? Oder muss man das sammeln? Vielleicht kann man irgendwelche Sammeldinger in die obere Atmosphäre schicken und dort den Sonnenwind abgrasen? Aber da wärs wohl effektiver, tatsächlich zum Mond zu fliegen…

  2. #2 Jörg
    11/04/2009

    Der Weg zur Erzeugung wäre wohl, Tritium anzusammeln und es umzuwandeln statt in Bömbchen zu stecken. Dauert aber sicher auch, die Halbwertszeit ist 12,3 Jahre…

  3. #3 Anhaltiner
    11/05/2009

    He-3 habe ich bis jetzt nur im Zusammenhang mit der Kernfusion gehört. Wenn es jedoch auch in der Medizin Verwendung findet bin ich glatt für einen Abbau auf dem Mond. Das wäre eine prima Antwort auf die Frage “Wozu brauche ich, heute Raumfahrt?” – Vielleicht läuft dann ja mal ein Werbespot: “Ich bin krank aber dank Raumfahrt und He-3 vom Mond wurde mir geholfen.”

    Was kostet eigentlich z.Z. 1ltr He-3 ?

  4. #4 Gluecypher
    11/05/2009

    @Anhaltiner

    Also ich hab’ mla sowas wie 4 Mrd. DOllar pro Tonne gehört, das erscheint mir aber doch maßlos überteuert. Linde macht DIr gerne ein Angebot:

    Angebot

    Verdammt, wie kann man links als Text darstellen??

    /edit Joerg: Einfach mit HTML a href…Tag 🙂

  5. #5 Anhaltiner
    11/05/2009

    @Gluecypher das wären dann 4MioUSD je Kg – das klingt doch schon deutlich billiger:
    Bei 3g je 22,4 ltr und einem Weltmarkt von 20.000ltr komme ich auf einen Jahresverbrauch von rd. 2,5kg im Wert von 10Mio USD. Das lohnt m.M. noch nicht für eine Mond Mission, die bestimmt nicht unter 1Mrd USD zuhaben ist.

  6. #6 Gluecypher
    11/05/2009

    Also in etwa wie < href = http://www.blablubb >text< /href > ?

  7. #7 Martin
    11/05/2009

    Wer sich ausgiebig mit dem Thema beschäftigen will, dem empfehle ich das Buch von Harrison Schmitt, dem einzigen Wissenschaftler, der jemals den Mond betreten hat. In seinem Buch “Return to the Moon – Exploration, Enterprise, and Energy in the Human Settlement of Space” hat er die wissenschaftliche, technische und ökonomische Seite eines möglichen Abbaus von He-3 auf dem Mond in epischer Breite mit einer Menge Berechnungen diskutiert.

  8. #8 Schlotti
    11/06/2009

    @Gluecypher:

    text ?

    Nein, nicht ganz…

    Die korrekte Schreibweise hier würde lauten:

    <a href=”http://www.blablubb”>text ?</a>

    Das führt dann zu:

    text ?

  9. #9 proisel
    11/06/2009

    kann man das nich vllt in brutreakoren brüten? fällt nicht auf was bei schwerwasserreaktoren an?
    aus deuterium wird tritium durch neutronenabsorbtion. tritium zerfellt durch betazerfall zu helium-1. durch weiterer neutronenabsorbtion wird daraus helium-3.
    tritium lässt sich chemisch und sicher auch physikalisch von wasserstoff und deuterium trennen.
    “In mit Schwerwasser moderierten Reaktoren (siehe z. B. CANDU) fällt Tritium in einer Menge von rund 1 kg pro 5 GWa erzeugter elektrischer Energie als unvermeidliches Nebenprodukt an und kann per Extraktion aus dem Kühlwasser gewonnen werden.”
    sagt wiki. candu sind nicht gerade durch ihre hohen leistungsquerschnitte und wirkungsgrade bekannt.
    vllt ist es ja möglich, einen brutreaktor speziell dafür zu entwickeln.
    problematisch ist natürlich immer die erzeugung von radioaktiven produkten.

  10. #10 Alf Köhn
    11/09/2009

    “Außerdem, in ferner Zukunft, könnte man mal 3He für Fusionsreaktoren einsetzen. Dann wird man es wohl auf dem Mond abbauen müssen…”

    Nur damit hier keine Missverständnisse aufkommen: Die Energiegewinnung durch Kernfusionsprozesse bei denen 3He beteiligt ist, erfordert ein anderes Reaktor-Konzept, als das was gerade in Frankreich (“ITER”) gebaut wird. Die Kernfussion mit 3He ist eher als reine ScienceFiction einzuschätzen, aber das soll ja vermutlich auch durch die 3 Punkte angedeutet werden, denke ich mal 😉

  11. #11 Jörg
    11/09/2009

    @Alf: Also wenn wir He-3 auf dem Mond abbauen wird auch ein anderes Reaktorkonzept nicht mehr das Problem sein 🙂

  12. #12 Alf Köhn
    11/09/2009

    hehe, vermutlich richtig 😉