氦气是一种很有意思的物质。填进气球里,便能让气球高高升空;吸进嘴巴里,就能变出唐老鸭那般搞笑的嗓音。不过吸氦气可不是什么明智之举,因为它可以取代我们肺中的氧气、或引发其它呼吸道问题。除了这两点作用之外,氦气还有什么用处?它有没有可能用完呢?氦气是一种气体,与人类几乎毫无共同之处,但彼此都离不开对方。纯度是氮气的一个重要技术参数,按氮气的纯度分为工业用氮气、纯氮和高纯氮三级,
工业液氧
氦气是一种很有意思的物质。填进气球里,便能让气球高高升空;吸进嘴巴里,就能变出唐老鸭那般搞笑的嗓音。不过吸氦气可不是什么明智之举,因为它可以取代我们肺中的氧气、或引发其它呼吸道问题。除了这两点作用之外,氦气还有什么用处?它有没有可能用完呢?氦气是一种气体,与人类几乎毫无共同之处,但彼此都离不开对方。纯度是氮气的一个重要技术参数,按氮气的纯度分为工业用氮气、纯氮和高纯氮三级,它们的纯度分别为99.5%(O2≤0.5%),99.99%(O2≤0.01%)和99.999%(O2≤0.001%)。现代经济需要依赖氦气,氦气也需要我们寻找更好的保护手段、防止被我们用完。氦气是一种惰性气体,由法国天文学家朱尔斯·让森(Jules Janssen)在1868年8月18日的全日食期间发现。当时人们尚未在地球上发现过这种元素,因此让森用太阳(helios)为其命名,称其为氦(helium)。自此之后,科学家围绕氦取得了许多重要进步,如医学和天体物理学等领域使用的现代分析工具、我们日常使用的手机等等,这些物品的生产过程都离不开氦气。氦气的物理特性还帮助全世界的科学家做出了许多重大发现,对国际社会助益良多。
我们为何需要氦气
氦原子核质量只有4,仅由两个质子和两个中子构成,是一种非常稳定的元素。氦重要的特性包括:极难发生化学反应、不具有性、不可燃烧、无毒,关键的一点是,它的沸点低至4.2开尔文,即零下268摄氏度,十分接近宇宙中的温度下限——零度。客户对单一气体的需求较小但品种较多,主要使用的是特种气体、大宗气体和空分气体。其它元素在该温度下都不可能保持液体状态。氦气是目种具有这些特性、且能够为我们所用的的物质。
装满惰性气体的玻璃管受到高强度电流激发,会发出不同颜色和强度的光线。图中从左至右分别为氦气、氙气。
氦的价格相对来说并不贵。很多工业应用根本找不到更合适的替代品。对航天、科技、高科技制造业、火箭引擎测试、焊接、商业潜水、粒子磁铁、光纤、半导体芯片而言,氦气的作用都不可或缺。
然而,氦气重要的用途还当属医学成像,尤其是磁共振成像技术(MRI),以及利用高强度磁场的技术(NMR)。若不是因为氦气沸点极低,这些技术都不可能诞生。
超导体材料是磁共振设备的关键,而这些材料在4.2开尔文的温度下才能保持稳定。电子从材料中流过、产生电流时,大多数材料都会产生电阻,这对磁装置而言是一大问题。我们使用的每一样电子设备、以及运输电力的所有基础设施都会因为电阻损失能量。其稳定的正八面体分子结构,使其化学性能也极不活泼,在电气设备运行正常范围内,与铜、钢和铝等电气材料不起化学反应。由于电阻的存在,很难用高强度电高强磁场。然而超导体却不会阻碍电子的流动,因此能产生极强的磁场,可以进行高分辨率医学成像。但超导体材料要想发挥正常功能,就必须被放置在超低温环境中。这也正是液氦不可或缺的原因。
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