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 。
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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 。
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