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氦氣發現150周年——小小氦氣竟有大用途

2018-09-08  來自: 安陽市廣安氣體有限責任公司 瀏覽次數:487

     據國外媒體報道,氦氣是一種很有意思的物質。填進氣球里,便能讓氣球高高升空;吸進嘴巴里,就能變出唐老鴨那般搞笑的嗓音。不過吸氦氣可不是什么明智之舉,因為它可以取代我們肺中的氧氣、或引發其它呼吸道問題。


  除了這兩點作用之外,氦氣還有什么用處?它有沒有可能用完呢?氦氣是一種氣體,與人類幾乎毫無共同之處,但彼此都離不開對方?,F代經濟需要依賴氦氣,氦氣也需要我們尋找更好的保護手段、防止被我們徹底用完。


  氦氣是一種惰性氣體,由法國天文學家朱爾斯·讓森(Jules Janssen)在1868年8月18日的全日食期間發現。當時人們尚未在地球上發現過這種元素,因此讓森用太陽(helios)為其命名,稱其為氦(helium)。自此之后,科學家圍繞氦取得了許多重要進步,如醫學和天體物理學等領域使用的現代分析工具、我們日常使用的手機等等,這些物品的生產過程都離不開氦氣。氦氣的獨特物理特性還幫助全世界的科學家做出了許多重大發現,對國際社會助益良多。


  地球上的氦供應是有限的


  你可能還記得,幾年前曾經出現過關于全球氦供應量有限的報道。類似的消息也在這幾年間的周期性報告中屢屢出現。那么,這一危機值得引起人們的重視嗎?


  氦早在宇宙形成之初、宇宙大爆炸須臾之后便已經誕生,至今已有數十億年的歷史。它是宇宙中第二輕、也是第二常見的元素,僅次于氫氣。但地球上的氦并不多,含量僅為百萬分之幾。問題在于,氦原子核太輕,不足以被地球引力所牽制。一旦氦氣進入大氣,就會逃逸到宇宙中,在太陽風的“吹拂”下隨風而去。


  雖然地球上的氦一直在減少,但直到不久之前,氦儲量都非常充足。大多數氦都是在宇宙大爆炸時形成的。鈾和釷等放射性元素可衰變成更小的碎片或粒子,其中也包括α粒子。這些粒子便是失去電子后的高能氦原子。在這種衰變過程中,放射性元素分裂成若干碎片,同時釋放出能量,因此名為裂變。



  放射性元素的衰變可以彌補通過大氣損失的氦。裂變生成的氦主要儲存于多種礦石中,在天然形成的大型蓄氣池中大量聚積,如位于美國德克薩斯州的國家氦氣池。但這種天然過程需經歷成千上萬年,產出的氦氣量才能達到商業提取價值。


  我們為何需要氦氣


  氦原子核質量只有4,僅由兩個質子和兩個中子構成,是一種非常穩定的元素。氦重要的特性包括:極難發生化學反應、不具有放射性、不可燃燒、無毒,關鍵的一點是,它的沸點低至4.2開爾文,即零下268攝氏度,十分接近宇宙中的溫度下限——零度。其它元素在該溫度下都不可能保持液體狀態。氦氣是目前唯一一種具有這些特性、且能夠為我們所用的的物質。


裝滿惰性氣體的玻璃管受到高強度電流激發,會發出不同顏色和強度的光線。圖中從左至右分別為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣?! ⊙b滿惰性氣體的玻璃管受到高強度電流激發,會發出不同顏色和強度的光線。圖中從左至右分別為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣。

  氦的價格相對來說并不貴。很多工業應用根本找不到更合適的替代品。對航天、國防科技、高科技制造業、火箭引擎測試、焊接、商業潛水、粒子加速器磁鐵、光纖、半導體芯片而言,氦氣的作用都不可或缺。


  然而,氦氣重要的用途還當屬醫學成像,尤其是磁共振成像技術(MRI),以及利用高強度磁場的核磁共振技術(NMR)。若不是因為氦氣沸點極低,這些技術都不可能誕生。


  超導體材料是磁共振和核磁共振設備的關鍵,而這些材料在4.2開爾文的溫度下才能保持穩定。電子從材料中流過、產生電流時,大多數材料都會產生電阻,這對磁裝置而言是一大問題。我們使用的每一樣電子設備、以及運輸電力的所有基礎設施都會因為電阻損失能量。由于電阻的存在,很難用高強度電流產生高強磁場。然而超導體卻不會阻礙電子的流動,因此能產生極強的磁場,可以進行高分辨率醫學成像。但超導體材料要想發揮正常功能,就必須被放置在超低溫環境中。這也正是液氦不可或缺的原因。

關鍵詞: 安陽廣安氣體           

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