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你可能还记得,几年前曾经出现过关于氦供应量有限的报道。类似的消息也在这几年间的周期性报告中屡屡出现。那么,这一危机值得引起人们的重视吗?氦早在宇宙形成之初、宇宙须臾之后便已经诞生,至今已有数十亿年的历史。它是宇宙中第二轻、也是第二常见的元素,仅次于氢气。但地球上的氦并不多,含量仅为百万分之几。问题在于,氦原子核太轻,不足以被地球引力所牵制。一旦氦气进入大气,就会逃逸到宇宙中,宜昌宜都高纯氦,在太阳风的“吹拂”下随风而去。虽然地球上的氦一直在减少,但直到不久之前,氦储量都非常充足。大多数氦都是在宇宙时形成的。铀和钍等性元素可衰变成更小的碎片或粒子,其中也包括α粒子。这些粒子便是失去电子后的高能氦原子。在这种衰变过程中,性元素分裂成若干碎片,同时释放出能量,因此名为裂变。
性元素的衰变可以弥补通过大气损失的氦。裂变生成的氦主要储存于多种矿石中,在天然形成的大型蓄气池中大量聚积,高纯氦厂家,如位于美国德克萨斯州的国家氦气池。但这种天然过程需经历成千上万年,产出的氦气量才能达到商业提取价值。
我们为何需要氦气
氦原子核质量只有4,仅由两个质子和两个中子构成,是一种非常稳定的元素。氦重要的特性包括:极难发生化学反应、不具有性、不可燃烧、无毒,关键的一点是,它的沸点低至4.2开尔文,即零下268摄氏度,十分接近宇宙中的温度下限——零度。其它元素在该温度下都不可能保持液体状态。氦气是目种具有这些特性、且能够为我们所用的的物质。
装满惰性气体的玻璃管受到高强度电流激发,会发出不同颜色和强度的光线。图中从左至右分别为氦气、氙气。
装满惰性气体的玻璃管受到高强度电流激发,会发出不同颜色和强度的光线。图中从左至右分别为氦气、氙气。
氦的价格相对来说并不贵。很多工业应用根本找不到更合适的替代品。对航天、科技、高科技制造业、火箭引擎测试、焊接、商业潜水、粒子磁铁、光纤、半导体芯片而言,氦气的作用都不可或缺。
然而,氦气重要的用途还当属医学成像,尤其是磁共振成像技术(MRI),高纯氦采购,以及利用高强度磁场的技术(NMR)。若不是因为氦气沸点极低,这些技术都不可能诞生。
卡美林·奥涅斯是一个得到液氦的科学家。他又将温度进一步降低,高纯氦价格,试图得到固态氦,却并没有成功(固态氦是1926年基索姆用降低温度和增大压力的方法首先得到的)。对于一般液体来说,随着温度降低,密度会逐渐增加。卡美林·奥涅斯使液态氦的温度下降,液氦的密度增大了。但是,当温度下降到零下271℃的时候,液态氦突然停止起泡,同时密度也突然减小了。
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