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  • 对应法规:GB/T
    CNAS认可项目:是
  • 氦早在宇宙形成之初、宇宙大爆炸须臾之后便已经诞生,至今已有数十亿年的历史。它是宇宙中第二轻、也是第二常见的元素,仅次于氢气。但地球上的氦并不多,含量仅为百万分之几。问题在于,氦原子核太轻,不足以被地球引力所牵制。一旦氦气进入大气,就会逃逸到宇宙中,在太阳风的“吹拂”下随风而去。

    虽然地球上的氦一直在减少,但直到不久之前,氦储量都非常充足。大多数氦都是在宇宙大爆炸时形成的。铀和钍等放射性元素可衰变成更小的碎片或粒子,其中也包括α粒子。这些粒子便是失去电子后的高能氦原子。在这种衰变过程中,放射性元素分裂成若干碎片,同时释放出能量,因此名为裂变。

    放射性元素的衰变可以弥补通过大气损失的氦。裂变生成的氦主要储存于多种矿石中,在天然形成的大型蓄气池中大量聚积,如位于美国德克萨斯州的国家氦气池。但这种天然过程需经历成千上万年,产出的氦气量才能达到商业提取价值。

    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。氦最重要的特性包括:极难发生化学反应、不具有放射性、不可燃烧、无毒,最关键的一点是,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——绝对零度。其它元素在该温度下都不可能保持液体状态。氦气是目前唯一一种具有这些特性、且能够为我们所用的的物质。

    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、国防科技、高科技制造业、火箭引擎测试、焊接、商业潜水、粒子加速器磁铁、光纤、半导体芯片而言,氦气的作用都不可或缺。

    然而,氦气最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核磁共振技术(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和核磁共振设备的关键,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。由于电阻的存在,很难用高强度电流产生高强磁场。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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