杭州成丰气体有限公司

主营产品:液氦,氦气,氮气,氧气,医用氧气,氩气,食品级二氧化碳,标准校正气体,混合气,钢瓶,铝瓶,液氮罐
产品展示 Products
新闻动态 News
地球上He要用完了,怎么办?
发布时间:2023-05-04

我们常常能在街头看到手中举着气球的孩子们,无论在什么年代,这种简单的玩具都是孩子们的心头好。气球之所以能漂浮在空气中,是因为里面填充着密度比空气小的气体,比如氢气和He。10年前,He球遍布大街小巷,He无色也不会燃烧,填充在气球里安全。可是现在的气球不再那么安全,其中填充的气体变成了氢气,遇火可以燃烧,大量气球集中破裂的话甚至有爆炸的危险。气球内填充的气体为什么要换成氢气呢?

气球改变的原因很简单,相较于10年前,He的成本翻了三倍都不止,气球这种廉价小玩具自然充不起He。那么,He为什么变得这么贵呢?He算是真正意义上的“进口货”,人们是在地球之外发现它的存在的。1868年8月,法国天文学家彼埃尔•让桑在印度南部观测日全食时,意外发现太阳光谱里面有一条陌生的明亮黄线。近乎同时,英国天文学家约瑟夫•洛基尔也独立地发现了这条黄线,并把发出黄光的这种元素命名为“He”。此后的20多年间,人们都没能在地球内找到He,它就像一颗挂在天上的宝石,可望而不可即。

1895年,英国化学家威廉•拉姆塞从一种含铀矿物中分离出了一种无色的气体,经过光谱分析,他惊喜地发现,那正是此前在太阳光中发现的“He”,人们终于在地球上也找到了He!当然,这时候人们还不知道He能做什么用,只知道它是一种比空气轻的气体,那么就拿来充飞艇和气球吧,从地层中辛苦找到的He就这样放上了天。作为分子量仅小于氢的元素,He是宇宙大爆炸后产生的物质之一,它在宇宙物质中的丰度也仅次于氢,约占宇宙物质总量的四分之一。但是He密度很小,又是一种化学性质非常稳定的元素,几乎不和任何物质发生反应,所以宇宙中原生的He和太阳光发射出的He也无法保留在地球上。

地球上He来源只有放射性物质矿区。地球在诞生之初的熔融状态下,在地幔和地核中封印了一些放射性元素,这些放射性元素在衰变的过程中会不断释放出α粒子,这些α粒子实质就是两个质子和两个中子组成的He-4原子核,也就是我们需要的He。这些He在地下积累,人们在大规模开采放射性矿产的过程中就能收集到He。现在地球上He储量丰富的地方只有美国和卡塔尔等少数地区的矿区,我们既找不到He的更多产区,也没有制造He的方法,渐渐地He就越用越少了,价格也逐年上涨。

He价格水涨船高的原因不仅是储量渐少,还因为人们发现了He除了充气球之外更多不可替代的功能。超导磁体是指在低温条件下原子核的运动停止、电阻几乎消失的一类金属线圈。超导磁体能传输电能且几乎不产生热量,是磁悬浮列车、核磁共振成像仪和高能粒子对撞机等高新设备必不可少的零件。但是,能制成超导磁铁的金属都必须在超低温的环境中才能达到超导状态,比如常被制成超导体的铌钛合金就要求周边环境温度为-268.8℃,只有液He能实现这样的低温。各类高新设备的超导磁体消耗了地球上的大部分He,比如长达27千米的欧洲强子对撞机就用了大约130吨液He将其中的超导磁体冷却到-271.3℃,这130吨液He就占到He产量的1%,更别提世界各地的磁悬浮列车和医院中的核磁共振成像仪用到的液He了。He还经常作为保护气体被填充到原子反应堆和加速器、激光器等设备中,隔绝氧气以保护金属不被氧化,工业上在冶炼和焊接金属时也常用He隔绝氧气。因为He扩散性能极强,极微量的逸散也很容易被检出,所以还可填充到密封的机器设备中,比如宇宙飞船和火箭等,用于检测它们的密封性能。

 

一方面是日益减少的He库存,另一方面是逐渐扩大的He用量。供不应求的情况下,He的涨价是不可避免的事。可即使如此,按照目前的使用量来说,地球上的He库存大约也只够用20年了。面对这种情况,科研人员纷纷开动着脑筋。直接的办法就是节流,现在医院里常用的核磁共振仪基本安装着密闭性良好、减少蒸发量的液He装置,大大减少了液He的需求量。既然超导磁体是He使用的大头,那么有没有办法能减少这一领域He的使用量呢?更多的科学家尝试用其他的制冷方式来代替液He制冷,用无液He的制冷机来达到超导磁体的工作温度。当然,开源才是保证He源源不绝的根本方法。地球大气中含有约0.0005%的He,尽管很少,但在He供不应求时,人们还是会利用气体的沸点不同的原理,将He从大气中分离出来。就在这样苦巴巴的日子中,人们竟然在月球中发现了大量的He。原来,因为月球自身没有磁场,太阳辐射出来的He粒子能在月壤内“安营扎寨”。相比之下,辐射到地球上的He粒子在地球磁场的作用下,沿着地球磁力线慢慢扩散,最终通过大气层泄漏到外太空了。科学家计算发现,将月壤加热到80℃,大约2亿吨的月壤中能提取出1吨的He元素,而等量的地球土壤仅能生产10千克He。

曾经我们开心地玩着He球的日子里,应该没人能想到不过十几年,我们就要面对无He可用的困境吧?除了He之外,又有多少资源危机即将来临呢?珍惜资源不止是一句口号,而是保障我们未来幸福生活的选择。







下一篇 :Ar在工业中的应用:Ar弧焊保护、冶炼、照明等   〉
给我们留言吧
给我们留言 关闭

您好!如需帮助,请留言,我们将尽快联系并解决您的问题