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世界上的氦气快用光了?

 大科技杂志社 2020-02-09

如果没有氦气,我们的医疗设备就会瘫痪,很多大型科学实验也得停止。

普通人在日常生活中很少接触到氦气,只知道氦气可以充到气球里往天上飘。还有一些娱乐场所为了吸引客人,会提供氦气让客人吸入。由于氦气密度只有正常空气的1/3,导致声音传播的速度快了接近三倍, 所以吸入氦气的人说话的声音会提高频率,变得尖声细气。发出像唐老鸭那样搞笑的声音,以此增加娱乐气氛。

其实,氦气在科学实验、临床医疗和工业生产上都有着非常广泛的用途。从大型强子对撞机到点焊机(一种焊接机器),液氦被广泛地用来冷却设备,因为它既方便又有效。另外,液氦最重要的用途是用在磁共振成像设备中。磁共振成像可以应用于全身各系统的成像诊断,而其设备中的超导磁体需要用液氦来冷却到接近绝对零度。这种医学设备是用氦大户,用氦量大约占全世界用氦量的1/3。

氦气的用途如此之多,可是如今也像煤炭、石油等能源一样面临紧张状况了,有科学家甚至预言——氦气要用光了!

尽管平均来说氦是宇宙中第二多的元素,但是大部分氦都集中在恒星之中。当然地球上也有氦,但是每个人都知道氦气在空气中的占比非常低,只占空气含量的百万分之几,而且它非常轻,只要有机会就会在大气中尽可能地往上升,最后跑出大气层。而跑出去的氦气就很难再收取回来。而这就是氦气短缺最主要的原因。

目前生产氦气主要的方法是来自天然气工业。在富有铀等放射性矿物的地下,如果那里还有天然气,那么它会包含大约占总体积7%的氦气。之所以这种天然气含有氦气,主要是铀等放射元素会辐射出所谓的阿尔法粒子。而阿尔法粒子其实就是氦原子核,它只要从周围环境中获得电子,它就变成稳定的氦气了。工程师利用深冷净化技术(通过凝固点的不同来分离物质),就可以把氦气从天然气中分离出来。

如今,随着氦的应用越来越多,人类每年生产出的氦气越来越赶不上氦气消耗量了。虽然美国的国家氦储备大约有10亿立方米,但全世界每年消耗掉大约2亿立方米的氦气,不够5年的消耗。目前的天然气工业虽然也还在蓬勃发展。例如去年在卡塔尔新开发的天然气平台可以每年生产大约6000万立方米的氦气,这一下使得卡塔尔成为世界第二大产氦国,仅次于美国。但现实是,氦气生产量的增长还是远远赶不上需求量的急剧增加。


卡塔尔天然气


虽然我们不会一觉醒来就走进了缺氦气的世界,但在未来氦气的价格会逐渐上涨。价格的上涨会使得相关的科学实验、临床医疗和工业生产的运行成本上涨,进而影响每个人的生活。

很显然在未来我们应该做的,是更加节俭地使用氦气。也许我们会足够聪明,从而找到一个真正的解决方案。但在没有找到有效的办法时,未来氦气可能会越来越昂贵,到那时,当我们回顾富有氦气的时代时,我们会感到难以置信:那时候的小孩所玩的气球真的是充满氦气的?

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