氦气介绍、(全球面临“氦气荒”，受影响的不只是气球)

1. 氦气可以带上客车。2. 氦气 , 是一种稀有气体 , 化学式为He , 无色无味 , 化学性质不活泼 , 一般状态下很难和其他物质发生反应...更多内容 , 请关注我们的专题频道。

氦气介绍

1. 氦气可以带上客车。2. 氦气 , 是一种稀有气体 , 化学式为He , 无色无味 , 化学性质不活泼 , 一般状态下很难和其他物质发生反应。3. 氦元素是仅次于氢元素的宇宙中含量第二的元素 , 占星系星体大约24%的质量。天文学家让森（Pierre Jules cesar Janssen）和洛克耶（Joseph Norman Lockyer）在1868年观察到一条太阳光中的未知特征谱线而发现的。但是一直到1895年 , 英国化学家拉姆齐（William Ramsay）爵士才在一个富含铀的放射性矿脉中发现地球上也有氦。1903年 , 美国的天然气油田中发现了大量的氦。

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全球面临“氦气荒" , 受影响的不只是气球

陈曦

氦气之所以稀缺 , 一方面是由于其用途非常广泛 , 另一方面是因为氦气无法通过人工制备获得 , 氦气在空气中的含量非常低 , 只有约0.000524% , 从空气中提取氦气 , 成本可能比等体积的黄金还要贵 , 不具备工业提取价值。

据新华社报道 , 受到全球氦气供应不足. 气体提价等因素影响 , 日本东京迪士尼最近数周 , 已停止出售氦气球。迪士尼气球限售 , 掀开了氦气供应不足的冰山一角。尽管氦是宇宙中储量第二丰富的元素 , 但是氦气在地球的含量极少。有专家分析 , 氦气资源可能只够持续使用200年。

视觉中国供图

氦气短缺 , 人们要面对的不仅仅是新年庆典. 生日派对里缺少几个气球那么简单 , 作为开采天然气时产生的副产品 , 氦气被广泛应用于深海潜水. 低温技术. 火箭燃料 , 以及光纤与半导体等高科技领域。没有氦气 , 测量气象的探空气球. 宇宙飞船都可能无法升空 , 更重要的是 , 与人们生活息息相关的安全气囊. 核磁共振都少不了这种气体。

属于密度很小的稀有气体

无法人工制备只能从含氦天然气中提取

氦气 , 英文名为Helium , 化学元素符号为He , 是种无色无味. 不可燃的气体。充满氦气的气球之所以能飘在空中 , 是因为氦气是除了氢气以外密度最小的气体 , 其密度远小于空气 , 空气的密度为1.29千克/立方米 , 而氦气的密度为0.1786千克/立方米。此外 , 氦气也是一种惰性气体 , 其化学性质不活泼 , 通常状态下不与其他元素或化合物结合 , 几乎没有固态或者液态化合物形态 , 所以氦一般都是以单质气体存在 , 直到1908年7月10日 , 荷兰物理学家昂尼斯才首次液化了氦气。

“目前 , 氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一。" 南开大学化学学院教授汤平平介绍说 , 氦气之所以稀缺 , 一方面是由于其用途非常广泛 , 另一方面是因为氦气无法通过人工制备获得 , 氦气在空气中的含量非常低 , 只有约0.000524% , 从空气中提取氦气 , 成本可能比等体积的黄金还要贵 , 不具备工业提取价值。

汤平平表示 , 我国氦气资源相当贫乏 , 矿物中氦气的含量很低 , 且提取难度大 , 成本高。目前工业提取的氦气 , 主要以含有氦的天然气作为原料 , 反复进行液化分馏 , 然后利用活性炭进行吸附提纯 , 最终得到纯氦。此外空分法和氢液化法也是常用的提取纯氦气的方法 , 这两种提取方法都能得到99.99%的纯氦气。目前 , 氦气主要通过高压钢瓶来实现存储和运输。

具有不活泼. 低沸点等特性 广泛应用于医疗. 航空. 电子制造领域“由于具有低密度. 化学性质不活泼. 液氦零下268.9摄氏度的低沸点等物理性质 , 氦气被广泛应用于军工. 石化. 制冷. 医疗. 半导体. 管道检漏. 超导实验. 金属制造. 深海潜水. 高精度焊接. 光电子产品生产等领域。" 汤平平说。

在医疗领域 , 作为磁共振和核磁共振超导磁体的理想冷冻气体 , 氦气可实现零下232摄氏度的深冷温度 , 可有效获取内脏器官和组织的高分辨率图像；氦氖激光中的气体介质由氖气和高纯氦气组成 , 可以用来进行外科手术治疗弱视 , 也能用来活化血管进行保健。

由于化学性质不活泼 , 氦气还常被作为保护气使用。氦气在电弧温度条件下的惰性使其成为铝. 不锈钢. 铜和镁合金等高导热性材料焊接的理想气体 , 还可用作热处理过程中的淬火气体以及熔炉气体 , 提升零件耐性和质量。

在航空航天领域 , 氦气被广泛应用于从飞机制造到飞行的整个过程；宇宙飞船太空飞行作业中 , 使用氦气净化氢气系统 , 地面和飞行流体系统将其用作增压剂。除此之外 , 氦气还用作气象和其他观测气球的升力源。

在汽车及运输设备领域 , 氦气应用于散热器. 换热器. 空调组件. 燃料箱和变矩器等重要汽车部件的测试 , 以确保其符合质量规范。此外 , 氦气还可与氩气配合使用 , 越来越多地被用于安全气囊的充气操作。

在电子制造领域 , 氦气在半导体. 液晶面板和光纤线制造中起着重要作用 , 可实现零部件的快速冷却 , 从而提高生产率 , 还能控制热传递速率 , 以改善生产效率并减少缺陷。

氦气短缺影响科研活动

替代物难找且回收再利用也成问题

在科研领域 , 氦气更是不可或缺。“氦气在科研中的一大用途在于制造低温环境 , 液氦的低沸点 , 可用于超低温冷却。没有了氦气 , 低温物理可能会成为人类研究的禁区。" 汤平平说 , 超低温冷却技术在超导技术等研究领域有较广泛的应用 , 超导材料需要在低温（100开尔文左右）中才能表现出超导特性 , 大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温 , 因此科研中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温。

除此之外 , 还有很多领域的科学研究离不开对氦气的使用。比如气相色谱必须有合适的气体作为载气才能正常工作 , 氦气具有渗透性好. 不可燃的特点 , 可以作为载气应用于真空检漏；利用氦气化学性质不活泼的特性 , 科学家将其作为清洗气体应用于原子核反应堆的冷却. 热交换 , 以及浓缩铀扩散元件在修理后的清洗 , 如果没有氦气的帮忙会影响反应堆的正常工作。

汤平平表示 , 与氦气相比 , 其他替代物往往只具有其中某一条性质 , 因此无法作为氦气的理想替代物使用 , 氦气的短缺肯定会对科研造成一定的影响。比如在超导领域 , 还没有更好的物质来代替液氦所能达到的低温效果。

那么既然氦气如此短缺 , 能不能对它进行回收和再利用呢？

“氦气是可以进行回收和再利用的。通过将使用过的氦气重新收集起来 , 对其进行净化处理 , 将杂质脱除 , 根据杂质的种类及其性质 , 采用适当的纯化措施 , 使回收的氦气 , 恢复初始的纯净。" 但汤平平同时指出 , “目前氦气的回收和再利用也存在一些问题。" 比如氦气因为自身密度小 , 地球引力场拉不住它 , 一旦泄漏到空气中 , 很快便会从大气层逃逸 , 飘散到外太空 , 很难回收。

他表示 , 在保护有限氦气资源的同时 , 研究开发先进的天然气提氦技术 , 对于提高氦气生产的经济性 , 保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业的发展具有重要意义。

来源；科技日报

编辑；岳靓

审核；管晶晶