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氦氣是和高科技產業發展不可或缺的稀有戰略性物資之一。含氦迄今仍是工業化生產氦氣的來源。我國氦氣資源相當貧乏,含量很低,提取難度大,成本高。因此,在保護有限氦氣資源的同時,研究開發先進提氦技術對于提高氦氣生產的經濟性、保障國家用氦安全和促進我國提氦工業的發展具有重要意義。通過對提氦技術的分析介紹,低溫冷凝法較為成熟,但能耗、成本較高;吸附法、吸收法和膜滲透法等其他提氦技術各具特點,但限于適用條件尚不能規模化工業應用。隨著新材料、新技術的發展,提氦技術不斷改進,吸附法、膜滲透法等提氦工藝發展迅速,聯產法、聯合法工藝有著良好的應用前景,這些都為促進提氦技術的發展提供了新的思路。
氦氣是酷的,當溫度低于零下268度時,氦會變成流動時沒有摩擦的超流體,當我們接近零度的時候氦會變成超固體,會有更加神奇的特性。氦氣在熱學上的特征讓它在許多領域都非常活躍。物理學家在大型強子對撞機的超導磁體使用氦,工程師在醫院的掃描儀上和超市里的氦激光掃碼儀上使用氦氣。
氦氣被用在各種地方,但是現在它出現了短缺,在地球上,氦氣正式的名字叫氦-4通過性衰變轉化而來。當一個性元素比如軸或土隨著時間衰減,它會不定期丟失兩個原子核兩個中子,這些粒子被叫做α衰變。如果α衰變得到了兩個電子就有了氦-4這種變化每時每刻都在發生,然而我們把并沒有被氧氣包圍,因為氦氣比我們的大氣輕,會一路向上飄,從太空飄向太陽。
把一圈導線纏繞在的超導材料上,再將其放置在液氦中,冷卻至4.2開爾文、甚至更低,便可達到超導體所需的特殊溫度條件,再向線圈中通入高強度電流。目前的穩定磁場位于美國佛羅里達大學國家高強磁場實驗室,由一塊超導磁鐵產生,磁場強度足足高達地球磁場的150萬倍。
科學家們會利用技術分析實驗室中發現的新材料的物理特性。有些材料后來被研發成了藥品,如能夠解決全球健康問題的新型;有些則被研發成了能夠回收利用的綠色建筑材料。能源領域也取得了不少進步,研發出了更小、更便攜、能量更高的電池,或可減少我們對碳燃料的依賴。但技術目前仍需要大量液氦,這點在短時間內暫時無法改變。
幸運的是,我們已經知道了如何更好地保護剩下的氦儲備,并且在不斷發現新的氦氣池。我們明白了如何在氦逃逸到太空中之前予以回收利用,也開始研究能夠在更高溫度下運行的超導體。這些工作都費時費力、成本高昂,而且回收氦還需要大量化石能源提供的能量。與此同時,我們還要尋找更多的氦氣來源,并找到更好的回收途徑。我們可以從少買幾個氦氣球這樣的小事做起。下次放飛氦氣球之前,不妨三思而后行。
氦鈉化合物2017年2月6日,中國南開大學的王慧田、周向鋒團隊及其合作者在《Nature Chemistry》上發表了有關在高壓條件下合成氦鈉化合物——Na2He的 ,結束了氦元素無化合物的歷史,標志著我國在稀有氣體化學領域走到了前沿。此前,研究人員已經找到其他元素與氦進行配對的方法。但一直以來,都沒有形成什么能夠穩定存在的物質。常見的例子就是氦與其他元素的范德華力,無需共價鍵或者離子鍵就可以存在。在極低的溫度下,氦確實可以形成范德華力,但極其微弱,無法長久保持。