El helio-3, He-3, o 3He es un isótopo ligero del elemento químico helio. Es estable y no es radiactivo. El helión, núcleo del átomo de helio-3, está constituido por dos protones y un sólo neutrón, en contraste con el helio ordinario (helio-4), que tiene dos neutrones.
El helio-3 es raro en la Tierra pero abundante en el universo; es muy buscado para usarlo en investigación en fusión nuclear. Procede del interior de las estrellas y lo produce el Sol. El viento solar lo transporta por el sistema solar. La atmósfera y el campo magnético de la Tierra lo rechazan. Se cree que puede encontrarse en abundancia en la superficie de la Luna, incrustado en la capa superior de regolito, acumulado allí por el viento solar durante millones de años como consecuencia de la ausencia de atmósfera en la luna. Puede encontrarse también en los gigantes gaseosos del Sistema Solar (restos de la nebulosa protosolar original).
Las reservas de la Luna en helio-3 se estiman en un millón de toneladas. En comparación, 25 toneladas de helio-3 serían suficientes para satisfacer las necesidades energéticas de una población como los Estados Unidos o la Unión Europea durante un año. Este hecho es un estímulo grande para los entusiastas de la extracción y utilización de helio-3 de la Luna, pero todavía no está desarrollada la tecnología necesaria para su aprovechamiento.
El helio-3 se encuentra en la Tierra principalmente por quedar atrapado en el interior de la Tierra durante la formación del planeta. El helio-3 también se ha añadido a la Tierra mediante el polvo de los meteoritos que caen sobre la Tierra, mas frecuentemente sobre los océanos.
Además de aplicaciones en fusión nuclear, el helio-3 también se utiliza en instrumentación para investigar la dispersión de neutrones y como componente en detectores de neutrones. Sus propiedades criogénicas son importantes porque a temperaturas cercanas al cero absoluto se comporta como un superfluido.
Además de las aplicaciones en física, como el relativamente alto contenido de helio-3 es una de las características distintivas del manto terrestre, se utiliza en estudios de geoquímica isotópica, debido a la diferente relación entre el helio-3 y el helio-4 en el manto, la corteza y la atmosfera terrestre. El helio-3 es uno de los isótopos ambientales que se utilizan en investigaciones hidrológicas e hidrogeológicas.
El helio-3 se puede producir a partir de la desintegración radiactiva del tritio, que a su vez se produce por bombardeo con neutrones de blancos de litio, boro o nitrógeno.
De acuerdo a CODATA, la masa de un helión es 5,006 411 92(0) × 10–27 kg.
