Tinh vân mặt trời (nguyên thủy) phong phú

Một ước tính ban đầu về tỷ lệ nguyên thủy của 3He đến 4 He trong tinh vân mặt trời là phép đo tỷ lệ của chúng trong khí quyển của Sao Mộc, được đo bằng máy quang phổ khối của đầu dò khí quyển Galileo. Tỷ lệ này là khoảng 1: 10.000,[41] hoặc 100 phần của 3 He trên một triệu phần của 4 He. Đây gần như là tỷ lệ của các đồng vị như trong regolith mặt trăng, chứa 28 ppm helium-4 và 2.8 ppb helium-3 (nằm ở đầu dưới của các phép đo mẫu thực tế, thay đổi từ khoảng 1,4 đến 15 ppb). Tuy nhiên, tỷ lệ trên mặt đất của các đồng vị thấp hơn với hệ số 100, chủ yếu là do làm giàu trữ lượng helium-4 trong lớp phủ bởi hàng tỷ năm phân rã alpha từ urani và thori.

Sự phong phú trên mặt đất

3He là một chất nguyên thủy trong lớp phủ của Trái đất, được coi là đã bị giam cầm trong Trái đất trong quá trình hình thành hành tinh. Tỷ lệ 3He đến 4He trong lớp vỏ và lớp phủ của Trái đất ít hơn so với các giả định về thành phần đĩa mặt trời thu được từ các mẫu thiên thạch và mặt trăng, với các vật liệu trên mặt đất thường chứa tỷ lệ 3 He / 4 He thấp hơn do độ sâu của 4He từ phân rã phóng xạ.

3He có tỷ lệ vũ trụ là 300 nguyên tử trên một triệu nguyên tử của 4He (at. Ppm),[42] dẫn đến giả định rằng tỷ lệ ban đầu của các khí nguyên thủy này trong lớp phủ là khoảng 200-300 ppm khi Trái đất được hình thành. Rất nhiều 4He được tạo ra bởi sự phân rã hạt alpha của urani và thori, và bây giờ lớp phủ chỉ có khoảng 7% heli nguyên thủy,[42] hạ thấp tổng tỷ lệ 3He / 4He xuống khoảng 20 ppm. Tỷ lệ 3He/4He vượt quá khí quyển là dấu hiệu cho thấy sự đóng góp của 3 He từ lớp phủ. Các nguồn vỏ được thống trị bởi <sup id="mwAZs">4</sup>He được tạo ra bởi sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ trong lớp vỏ và lớp phủ.

Tỷ lệ heli-3 so với heli-4 trong các nguồn tự nhiên ở Trái đất rất khác nhau.[43][44] Các mẫu của liti quặng spodumene từ Mỏ Edison, Nam Dakota được phát hiện có chứa 12 phần heli-3 đến một triệu phần của heli-4. Các mẫu từ các mỏ khác cho kết quả 2 phần triệu.[43]

Heli cũng có mặt tới 7% trong một số nguồn khí tự nhiên,[45] và các nguồn lớn có trên 0,5% (trên 0,2% làm cho nó có khả năng chiết xuất).[46] Tỷ lệ 3He trong heli tách ra từ khí tự nhiên ở Mỹ được tìm thấy dao động từ 70 đến 242 phần tỷ.[37][37] Do đó, kho dự trữ năm 2002 của Mỹ là 1 tỷ m 3 bình thường [46] sẽ chứa khoảng 12 đến 43 kg heli-3. Theo một chuyên gia, khoảng 26 m3 hoặc gần 5 kg 3He có sẵn hàng năm để tách khỏi dòng khí tự nhiên của Hoa Kỳ. Nếu quá trình tách ra 3He có thể sử dụng làm nguyên liệu, heli hóa lỏng thường được sử dụng để vận chuyển và lưu trữ số lượng lớn, ước tính chi phí năng lượng gia tăng từ 34 đến 300 đô la Mỹ mỗi lít, không bao gồm chi phí cơ sở hạ tầng và thiết bị.[37] Sản lượng khí đốt hàng năm của Algeria được cho là chứa 100 triệu mét khối bình thường [46] và nó sẽ chứa từ 7 đến 24 m3 heli-3 (khoảng 1 đến 4 kg) với giả định tỷ lệ 3He tương tự.

3He cũng có mặt trong bầu khí quyển của Trái đất. Sự phong phú tự nhiên của 3He trong khí heli tự nhiên là 1,38 ×10-6 (1,38 phần triệu). Áp suất riêng phần của heli trong bầu khí quyển của Trái Đất là khoảng 0,52 Pa, và do đó tài khoản heli cho 5.2 phần triệu tổng áp lực (101.325 Pa) trong bầu khí quyển của Trái đất, và 3He do đó chiếm 7,2 phần nghìn tỷ của bầu khí quyển. Do bầu khí quyển của Trái đất có khối lượng khoảng 5,14 ×1015 tấn,[47] khối lượng 3He trong bầu khí quyển của Trái đất tương đương khoảng 37.000 tấn 3He.

3He được sản xuất trên Trái đất từ ba nguồn: sự phá vỡ liti, các tia vũ trụ, và phân rã beta của triti (3 H). Sự đóng góp từ các tia vũ trụ là không đáng kể trong tất cả ngoại trừ các vật liệu regolith lâu đời nhất, và các phản ứng phá vỡ liti là một đóng góp ít hơn so với việc tạo ra 4 He bằng phát xạ hạt alpha.

Tổng lượng heli-3 trong lớp phủ có thể nằm trong khoảng 0,1.01 triệu tấn. Tuy nhiên, hầu hết các lớp phủ không thể truy cập trực tiếp. Một số heli-3 rò rỉ qua các núi lửa điểm nóng có nguồn gốc sâu như các quần đảo Hawaii, nhưng chỉ có 300 gram mỗi năm được phát ra khí quyển. Các dải núi giữa đại dương phát ra thêm 3 kg mỗi năm. Xung quanh các khu vực hút chìm, nhiều nguồn khác nhau tạo ra heli-3 trong các mỏ khí đốt tự nhiên có thể chứa một nghìn tấn heli-3 (mặc dù có thể có 25 nghìn tấn nếu tất cả các khu vực hút chìm cổ có trữ lượng như vậy). Wittenberg ước tính rằng các nguồn khí đốt tự nhiên của Hoa Kỳ có thể chỉ có tổng cộng nửa tấn.[48] Wittenberg đã trích dẫn ước tính của Anderson về 1200 tấn khác trong các hạt bụi liên hành tinh dưới đáy đại dương.[49] Trong nghiên cứu năm 1994, chiết xuất heli-3 từ các nguồn này tiêu tốn nhiều năng lượng hơn phản ứng tổng hợp sẽ giải phóng.[50]