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Position: www.dpg-physik.de  >  veroeffentlichung  >  physik_konkret  >  quellen_physik-konkret_10-sept11.html

Quellenangaben und Erläuterungen zu:
Physik konkret, Nr. 10: „Helium: rar und kostbar“

Umfangreiche Informationen zum Thema finden sich beispielsweise in: Übersicht der Quellen:

[1] Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element des Universums. Es entstand bereits kurz nach dem Urknall und wird auch heute noch durch Kernfusion in der Sonne und anderen Sternen produziert. Das Helium, das auf der Erde vorkommt, stammt jedoch vorwiegend aus dem Zerfall radioaktiver Elemente im Inneren der Erde, beispielsweise aus dem Zerfall von Uran. Die dabei freigesetzte „Alpha-Strahlung“ besteht aus Atomkernen des Isotops „Helium-4“ [3].

[2] Selling the Nation's Helium Reserve, National Research Council, USA (Januar 2010)

[3] Flüssigheliumversorgung, Habilitationsschrift von Dr. rer. nat. Christoph Haberstroh, TU Dresden (September 2008)

[4] Weit über dem Erdboden ist Helium das vorherrschende Element. Denn das leichte Helium entweicht aus den unteren Schichten der Atmosphäre und sammelt sich in rund 1000 Kilometern Höhe an. Ein Teil des Heliums, das hier vorkommt, stammt möglichweise aus dem Sonnenwind [3].

[5] Nobelpreisträger warnt vor weltweitem Helium-Mangel, Spiegel-Online (August 2010)

[6] Helium shortage hampers research and industry, Physics Today (September 2007)

[7] Mit Helium haushalten, faz.net (Januar 2010)

[8] Unter normalen Bedingungen wird Helium (Helium-4) bei rund minus 269 Grad Celsius flüssig. In dieser Form wird es insbesondere zur Kühlung von supraleitenden Magnetspulen eingesetzt. Solche Spulen, mit denen sich extrem starke Magnetfelder erzeugen lassen, sind das Herzstück von Magnetresonanz-Tomographen und NMR-Spektrometern. Derartige Spulen kommen beispielsweise auch bei der Züchtung von Silizium-Kristallen für die Halbleiterproduktion zum Einsatz.

[9] The 3He-Supply Problem, Richard T. Kouzes, Report prepared by the U.S. Department of Energy (Juni 2009)

[10] The Helium-3 Shortage: Supply, Demand, and Options for Congress, Dana A. Shea, Congressional Research Service, USA (Dezember 2010)

[11] Helium-3 ist ein Zerfallsprodukt von radioaktivem „Tritium“, ein Wasserstoff-Isotop, mit dem Kernwaffen bestückt werden. Insofern sind Tritium und Helium-3 Nebenprodukte der Waffentechnik. In den USA wurde die Produktion von Tritium zu militärischen Zwecken 1988 eingestellt und erst 2007 in geringeren Umfang wieder aufgenommen. Hergestellt wird es in Kernreaktoren durch Bestrahlung des Metalls Lithium mit Neutronen. Der Weltmarkt für Helium-3 wird überdies auch von Russland beliefert. Über Herkunft und Ausmaße der russischen Bestände ist jedoch nur wenig bekannt.
Die Herstellung von Tritium (und in der Folge von Helium-3) zur zivilen Nutzung ist aus heutiger Sicht zu kostspielig. Auch die Gewinnung von Helium-3 aus Erdgasvorkommen gilt als unrentabel. Eine mögliche Quelle von Tritium sind Kernreaktoren, die mit schwerem Wasser - es enthält das schwere Wasserstoff-Isotop „Deuterium“ - moderiert werden und eigentlich der Stromversorgung dienen. Insbesondere Reaktoren nach Bauart des in Kanada entwickelten CANDU-Designs kommen dafür in Betracht. Diese Option wird derzeit geprüft [10, 15, 16].

[12] Mit flüssigen Helium-3 ist eine Kühlung auf rund minus 272,85 Grad Celsius (0,3 Kelvin) möglich. Noch dichter an den „absoluten Nullpunkt“ von minus 273,15 Grad Celsius (0 Kelvin) gelangt man mit „Mischkühlern“. Diese Aggregate verwenden ein Gemisch aus Helium-3 und Helium-4. Damit können Temperaturen bis zu etwa 10 Millikelvin erzeugt werden – das ist nur einige hundertstel Grad oberhalb des absoluten Nullpunkts.

[13] US government agencies work to minimize damage due to helium-3 shortfall, Physics Today (Oktober 2009)

[14] Workshop on Helium-3, American Association for the Advancement of Science (Februar 2010)

[15] DOE begins rationing helium-3, Physics Today (Juni 2010)

[16] For some, helium-3 supply picture is brightening, Physics Today (Mai 2011)

[17] Helium on the Rise, CryoGas International (März 2008)

[18] A Floating Target: The Worldwide Helium Market Report, CryoGas International (November 2010)

 
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