气体小科普 | 未来科技的宠儿“氦”

氦气不仅广泛应用于航空航天、核工业、新兴材料制造焊接等国防科技领域，而且在半导体制造、高端医疗器械、精密分析仪器、超导、光电子产品制造、量子计算机等高新技术产业中不可替代。美国长期拥有全球氦气供应绝对话语权，我国氦气长期依赖进口，对外依存度近乎100%，资源安全形势严峻。近年来，受国际政治格局快速变化、氦气主要出口国地区安全恶化、中美贸易争端升级、第四次工业革命竞争加剧等因素影响，氦气将成美国制衡中国的有利武器，也必将成为未来科技的“宠儿”。

1.氦气广泛应用于国防工业，是保障国家安全的非燃料矿产和原材料

（1）火箭、宇宙飞船、液体燃料导弹等在加注燃料之前，必须使用氦清洗增压液氢罐和管道系统。因为在液氢的低温环境中，任何其他惰性气体，如氮气或氩气都会冻结并与液氢混合堵塞管道和阀门，而氦是唯一液化温度远低于氢的惰性物质，在这个应用上氦是无法替代的。

（2）第四代核反应堆中，反应堆设计采用高达790℃的气体冷媒温度，在此温度下，只有氦（⁴He）具有必需的化学稳定性、惰性、高传热速率、低动力学压力损失和低中子有效截面。这一方面，氦气也是是无法替代的，并且将是未来氦气需求增长的主要动力。

（3）在航空航天金属加工领域，氦气也不可或缺。在金属焊接和冶炼时，为了阻止其与大气中的氧和氮反应，必须用惰性气体保护。在合金制造方面，氦与其他气体的混合物在等离子体电弧装置中作为工作介质，可生产50000K以上的等离子体射流，来切割金属和喷镶耐熔的合金。

（4）氦的另一个重要的应用是氦的同位素³He可用作核燃料。³He能与氢的同位素氘可发生核聚变反应，产生巨大能量。这个核聚变反应相比于前两代核聚变，优点在于聚变过程中不产生中子、反应过程易于控制，既环保又安全。因此被科学家公认为高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。虽然在地球上氦同位素以⁴He为主，但对月球土壤的初步研究表明，在月球地壳表层发现了上百万吨³He，足够地球使用上万年。目前各国科学家正围绕地球和月球上³He的储量、采掘、提纯、运输及环境保护等问题开展相关研究，也许不久后的未来，³He将会成为常规可用的新能源。

2.氦气关系高新技术产业发展，是第四次工业革命必不可少的工业原料