Gesellschaft Deutscher Chemiker

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Begehrter Neutronenfänger

Nachrichten aus der Chemie, Dezember 2015, S. 1168-1171, DOI, PDF. Login für Volltextzugriff.

Von Wiley-VCH zur Verfügung gestellt

Unähnlicher können sich zwei Isotope des gleichen Elements nicht sein. Der Atomkern von Helium-3 hat neben seinen zwei Protonen nur ein Neutron und ist damit um ein Viertel leichter als sein zweineutroniger Bruder Helium-4 (Abbildung 1). Außerdem weisen Helium-3-Kerne den Spin 1/2 auf, sind daher Fermionen und haben ein magnetisches Moment; Helium-4-Kerne mit Spin 0 sind Bosonen. Zwar sind beide Isotope Edelgase und damit chemisch inert — kernphysikalisch aber ist Helium-3 sehr reaktiv: Seine Kerne fangen Neutronen ein. Dabei bilden sich unter Energieabgabe Tritium- und 1H-Kerne, die ein Geiger-Müller-Zählrohr nachweisen kann. Das prädestiniert Helium-3 als Neutronendetektor. Aufgrund seines Kernspins ist es auch begehrt für magnetresonanztomografische Untersuchungen der Lunge und bei Neutronenpolarisationsanalysen. Außerdem ist die Mischungskühlung mit He-3 und He-4 bisher die einzige Methode, um im Labor Temperaturen unter 0,5 Kelvin einzustellen (Abbildung 2). Das Problem ist nur: Der Nachschub an Helium-3 ist extrem begrenzt.

Zerfallsprodukt des Tritiums

Nur 1,37 ppm des natürlich vorkommenden Heliums auf der Erde sind Helium-3. Es entsteht beim radioaktiv

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