Состав и строение
Гелий-3 — самый лёгкий из
изотопов
гелия, один из двух его стабильных изотопов. Ядро гелия-3 (
гелион) состоит из двух
протонов и одного
нейтрона, в отличие от гелия-4, имеющего в составе по два протона и нейтрона. Природная изотопная распространённость гелия-3 составляет 0,000137 % (в атмосфере Земли; в других резервуарах она может очень сильно отличаться в результате природного фракционирования и т. п.). Общее содержание гелия-3 в атмосфере Земли оценивается всего в 35 000 тонн. Оба изотопа гелия постоянно улетучиваются из атмосферы в космос, однако убыль гелия-4 на Земле восполняется за счёт
альфа-распада
урана,
тория и их дочерних нуклидов (
альфа-частица — это ядро гелия-4). В отличие от более тяжёлого изотопа, гелий-3 не появляется в процессах радиоактивного распада (за исключением распада космогенного
трития). Бо́льшая часть гелия-3 на Земле сохранилась со времён ее образования. Он растворён в
мантии и постепенно поступает в атмосферу; считается, что его изотопная распространённость в мантии составляет 200—300 частей на миллион частей гелия-4, то есть на 2 порядка больше, чем в атмосфере. Однако его поступление из мантии в атмосферу (через вулканы и разломы в коре) оценивается всего в несколько кг в год. Некоторая часть гелия-3 возникает при распаде трития, в реакциях скалывания на
литии (под действием альфа-частиц и космических лучей), а также поступает из
солнечного ветра. На
Солнце и в атмосферах планет-гигантов первичного гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли. В лунном
реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. В результате тонна лунного грунта содержит 0,01 г гелия-3 и 28 г гелия-4; это изотопное соотношение (~0,04 %) значительно выше, чем в земной атмосфере.