地球上He要用完了，怎么辦？

時(shí)間：2024-10-25

我們常常能在街頭看到手中舉著氣球的孩子們，無(wú)論在什么年代，這種簡(jiǎn)單的玩具都是孩子們的心頭好。氣球之所以能漂浮在空氣中，是因?yàn)槔锩嫣畛渲芏缺瓤諝庑〉臍怏w，比如和He。10年前，He球遍布大街小巷，He無(wú)色無(wú)味也不會(huì)燃燒，填充在氣球里安全無(wú)害。可是現(xiàn)在的氣球不再那么安全，其中填充的氣體變成了，遇火可以燃燒，大量氣球集中破裂的話甚至有爆炸的危險(xiǎn)。氣球內(nèi)填充的氣體為什么要換成呢？

少有的He

氣球改變的原因很簡(jiǎn)單，相較于10年前，He的成本翻了三倍都不止，氣球這種廉價(jià)小玩具自然充不起“高檔”的He。那么，He為什么變得這么貴呢？He算是真正意義上的“進(jìn)口貨”，人們是在地球之外發(fā)現(xiàn)它的存在的。1868年8月，法國(guó)天文學(xué)家彼埃爾·讓桑在印度南部觀測(cè)日全食時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜里面有一條陌生的明亮黃線。近乎同時(shí)，英國(guó)天文學(xué)家約瑟夫·洛基爾也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了這條黃線,并把發(fā)出黃光的這種元素命名為“He”。此后的20多年間，人們都沒(méi)能在地球內(nèi)找到He，它就像一顆掛在天上的寶石，可望而不可即。

1895年，英國(guó)化學(xué)家威廉·拉姆塞從一種含鈾礦物中分離出了一種無(wú)色無(wú)味的氣體，經(jīng)過(guò)光譜分析，他驚喜地發(fā)現(xiàn)，那正是此前在太陽(yáng)光中發(fā)現(xiàn)的“He”，人們終于在地球上也找到了He！當(dāng)然，這時(shí)候人們還不知道He能做什么用，只知道它是一種比空氣輕的氣體，那么就拿來(lái)充和氣球吧，從地層中辛苦找到的He就這樣放上了天。作為分子量?jī)H小于的元素，He是宇宙大爆炸后較早產(chǎn)生的物質(zhì)之一，它在宇宙物質(zhì)中的豐度也僅次于，約占宇宙物質(zhì)總量的四分之一。但是He密度很小，又是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的元素，幾乎不和任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，所以宇宙中原生的He和太陽(yáng)光**出的He也無(wú)法保留在地球上。

地球上一的He來(lái)源只有放射性物質(zhì)礦區(qū)。地球在誕生之初的熔融狀態(tài)下，在地幔和地核中封印了一些放射性元素，這些放射性元素在衰變的過(guò)程中會(huì)不斷釋放出α粒子，這些α粒子實(shí)質(zhì)就是兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的He-4原子核，也就是我們需要的He。這些He在地下積累，人們?cè)诖笠?guī)模開(kāi)采放射性礦產(chǎn)的過(guò)程中就能收集到He?，F(xiàn)在地球上He儲(chǔ)量較豐富的地方只有美國(guó)和卡塔爾等少數(shù)地區(qū)的礦區(qū)，我們既找不到He的更多產(chǎn)區(qū)，也沒(méi)有制造He的方法，漸漸地He就越用越少了，價(jià)格也逐年上漲。

現(xiàn)代社會(huì)的He

He價(jià)格水漲船高的原因不僅是儲(chǔ)量漸少，還因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)了He除了充氣球之外更多**的功能。**導(dǎo)磁體是指在低溫條件下原子核的運(yùn)動(dòng)停止、電阻幾乎消失的一類金屬線圈。**導(dǎo)磁體能高效地傳輸電能且?guī)缀醪划a(chǎn)生熱量，是磁懸浮列車、核磁共振成像儀和高能粒子對(duì)撞機(jī)等高新設(shè)備的零件。但是，能制成**導(dǎo)磁鐵的金屬都必須在**低溫的環(huán)境中才能達(dá)到**導(dǎo)狀態(tài)，比如常被制成**導(dǎo)體的鈮鈦合金就要求周邊環(huán)境溫度為-268.8℃，只有液He能實(shí)現(xiàn)這樣的低溫。各類高新設(shè)備的**導(dǎo)磁體消耗了地球上的大部分He，比如長(zhǎng)達(dá)27千米的歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就用了大約130噸液He將其中的**導(dǎo)磁體冷卻到-271.3℃，這130噸液He就占到**He產(chǎn)量的1%，較別提世界各地的磁懸浮列車和醫(yī)院中的核磁共振成像儀用到的液He了。He還經(jīng)常作為保護(hù)氣體被填充到原子反應(yīng)堆和、激光器等設(shè)備中，隔絕氧氣以保護(hù)金屬不被氧化，工業(yè)上在冶煉和焊接金屬時(shí)也常用He隔絕氧氣。因?yàn)?/span>He擴(kuò)散性能較強(qiáng)，較微量的逸散也很*被檢出，所以還可填充到密封的機(jī)器設(shè)備中，比如宇宙飛船和火等，用于檢測(cè)它們的密封性能。

He還有一個(gè)非常有意思的用途。許多人都有過(guò)吸一口He，說(shuō)話聲音就變得又尖又細(xì)的經(jīng)歷，其實(shí)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間深度潛水作業(yè)的人剛剛上岸時(shí)說(shuō)話就是這樣的，正是因?yàn)樗麄兾肓艘欢康?/span>He。人們?cè)谶M(jìn)行深度潛水時(shí)，人體受到的壓力增大，空氣溶入血液的量變多，空氣的主要成分——在體內(nèi)的量也就越多。當(dāng)在血液中的分壓達(dá)到一定的高度時(shí)，人就會(huì)出現(xiàn)麻醉甚至昏厥的現(xiàn)象，俗稱“氮醉”，這在潛水過(guò)程中是很危險(xiǎn)的。而He在血液中的溶解度很低，即使高壓的情況下也不會(huì)大量滯留在人體內(nèi)，因此，人們?cè)谘鯕夤拗屑尤肓?/span>He代替，就可以避免進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間深度潛水的人出現(xiàn)氮醉現(xiàn)象。生活中，我們較常與He接觸的地方是在超市，收銀處使用的條形碼掃描器正是用了HeNe激光器進(jìn)行識(shí)別。HeNe激光器中充入了體積比約為10∶1的He和Ne，在受到光線照射時(shí)，He傳遞匯聚光能，Ne受激產(chǎn)生輻射，**出激光。HeNe激光器作為較早出現(xiàn)的氣體激光器，造價(jià)*，能量消耗少，因此廣泛用于各種條形碼掃描器中。除了條形碼掃描器，HeNe激光器也被用在顯微鏡、光譜儀和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備中。

開(kāi)源節(jié)流保He

一方面是日益減少的He庫(kù)存，另一方面是逐漸擴(kuò)大的He用量。供不應(yīng)求的情況下，He的漲價(jià)是不可避免的事?？杉词谷绱?，按照目前的使用量來(lái)說(shuō)，地球上的He庫(kù)存大約也只夠用20年了。面對(duì)這種情況，科研人員紛紛開(kāi)動(dòng)著腦筋。較直接的辦法就是節(jié)流，現(xiàn)在醫(yī)院里常用的核磁共振儀基本安裝著密閉性良好、減少蒸發(fā)量的液He裝置，大大減少了液He的需求量。2014年，我國(guó)的科學(xué)家研發(fā)出了首臺(tái)工業(yè)He循環(huán)使用系統(tǒng)，可以回收工業(yè)生產(chǎn)中使用過(guò)的含有雜質(zhì)的He并提純，然后再次利用。目前這套系統(tǒng)的提純能力已達(dá)到可將純度僅為10%的He提純至99.5%以上純度的程度。既然**導(dǎo)磁體是He使用的大頭，那么有沒(méi)有辦法能減少這一領(lǐng)域He的使用量呢？更多的科學(xué)家嘗試用其他的制冷方式來(lái)代替液He制冷，用無(wú)液He的制冷機(jī)來(lái)達(dá)到**導(dǎo)磁體的工作溫度。較近，浙江寧波諾丁漢大學(xué)和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院等多個(gè)科研單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)的使用無(wú)液He**導(dǎo)磁體的核磁共振成像儀已經(jīng)投入使用了。這臺(tái)成像儀的**導(dǎo)磁體用、安全性高的銅帶代替了原來(lái)的制冷劑液He，通過(guò)直接傳導(dǎo)冷卻技術(shù)制冷。當(dāng)然，開(kāi)源才是保證He源源不絕的根本方法。地球大氣中含有約0.0005%的He，盡管很少，但在He供不應(yīng)求時(shí)，人們還是會(huì)利用氣體的沸點(diǎn)不同的原理，將He從大氣中分離出來(lái)。就在這樣苦巴巴的日子中，人們竟然在月球中發(fā)現(xiàn)了大量的He。原來(lái)，因?yàn)樵虑蜃陨頉](méi)有磁場(chǎng)，太陽(yáng)輻射出來(lái)的He粒子能在月壤內(nèi)“安營(yíng)扎寨”。相比之下，輻射到地球上的He粒子在地球磁場(chǎng)的作用下，沿著地球磁力線慢慢擴(kuò)散，較終通過(guò)大氣層泄漏到外太空了?？茖W(xué)家計(jì)算發(fā)現(xiàn)，將月壤加熱到80℃，大約2億噸的月壤中能提取出1噸的He元素，而等量的地球土壤僅能生產(chǎn)10千克He。隨著我們開(kāi)發(fā)月球進(jìn)程的加快，也許未來(lái)月球能成為波斯灣似的能源基地，我們就能擺脫He不足的危機(jī)。

曾經(jīng)我們開(kāi)心地玩著He球的日子里，應(yīng)該沒(méi)人能想到不過(guò)十幾年，我們就要面對(duì)無(wú)He可用的困境吧？除了He之外，又有多少資源危機(jī)即將來(lái)臨呢？珍惜資源不止是一句口號(hào)，而是**我們未來(lái)幸福生活的較優(yōu)選擇。

詞條
詞條說(shuō)明
吸氧的好處
氧氣對(duì)于人體意義十分重大，它就如同食物和水一樣，都是維持生命的重要能源，甚至它比食物和水還重要，因?yàn)樗蔷S持生命較重要的能源——我們每分鐘每秒鐘都在呼吸，我們吸入了氧氣，呼出了，而我們吸入的氧氣會(huì)通過(guò)名叫紅細(xì)胞的小船，而這艘小船會(huì)攜帶著氧氣，把氧氣輸送到我們各個(gè)組織器官，包括大腦，心臟，腎臟，還有我們的*系統(tǒng)。因此如果處于缺氧的情況下，就會(huì)導(dǎo)致這些器官的功能受到障礙，從而會(huì)影響我們正常的
Ar在工業(yè)中的應(yīng)用：Ar弧焊保護(hù)、冶煉、照明等
?Ar是一種惰性，無(wú)色無(wú)味的單原子氣體，在常溫下與其他物質(zhì)均不起化學(xué)反應(yīng)，在高溫下也不溶于液態(tài)金屬中，在焊接有色金屬時(shí)較能顯示其優(yōu)越性。 Ar是目前工業(yè)上應(yīng)用很廣的稀有氣體。它既不能燃燒，也不助燃。在飛機(jī)制造、造船、原子能工業(yè)和機(jī)械工業(yè)部門(mén)，對(duì)特殊金屬，例如鋁、、銅及其合金和不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，往往用Ar作為焊接保護(hù)氣，防止焊接件被空氣氧化或氮化。一、作為Ar弧焊保護(hù)氣體Ar在焊接過(guò)程中
較低調(diào)的食品添加劑——
也許會(huì)有不少人疑惑：竟然是食品添加劑？那為何平時(shí)購(gòu)物時(shí)看到的食物配料表里卻沒(méi)有寫(xiě)氮？然而實(shí)際上，是一種非常常用的食品添加劑，只不過(guò)“低調(diào)”的它并沒(méi)有進(jìn)入食品配料表，而這也給它徒增了一份“神秘”。那么為什么能成為食品添加劑？要搞懂為什么能成為食品添加劑，首先要清楚的性質(zhì)。通常狀況下，是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，它看不見(jiàn)也摸不著，然而這也是“神秘感”的源頭。是一種比較理想
食品中不可添加工業(yè)級(jí)制扎?。。。。?！
在國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局部署的民生領(lǐng)域案件查辦“鐵拳”行動(dòng)中，浙江省市場(chǎng)監(jiān)管部門(mén)查處了一批扎啤非法添加案件。其中，有不法分子為節(jié)省制作成本，用工業(yè)替代食品級(jí)制作扎啤，含量**過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)15倍。在食品生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，日常所喝的氣泡水、扎啤等中都有食品級(jí)的存在。食品中加入工業(yè)級(jí)是否對(duì)人體有害？*表示，在食品生產(chǎn)中使用工業(yè)級(jí)是違法的。由于不確定工業(yè)級(jí)