氦气的用途
◎ 李锋 唐跃
氦气是重要的稀有战略资源,全球供应紧张。整个宇宙中氦按质量计占23%,含量仅次于氢。但在地球上氦气含量极为稀少,最主要的来源不是空气,而是天然气田。氦气在干燥空气中含量极微,平均只有百万分之五。氦气主要以微量组分存在于天然气藏中,当天然气藏中氦的浓度达到0.05%(或0.1%)以上,就具有工业利用价值。
常温下,氦气是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子惰性气体,化学性质不活泼,进行低压放电时显深黄色。一般状态下,很难和其他物质发生反应,是所有气体中最难液化的;液化后温度降至2.174K时,具有表面张力很小、导热性很强、黏度极低等特殊性质,利用液态氦可以得到接近绝对零度的低温。
日常生活中,氦气广泛应用在航空航天、汽车运输、潜水、医疗卫生等诸多领域。氦气在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体。作为低温冷源(利用液氦的-268.9℃的低沸点,用于超低温冷却),在超导技术等领域有较广泛的应用,比如交通行业的磁悬浮列车、医疗领域的核磁共振成像设备等都有较大的应用。氦气在血液中的溶解度较氮气低,因而其麻醉性低于氮气,所以常将氦气与氧气混合,作为潜水员的呼吸用气体。氦气应用于真空检验,如氦质谱检漏仪等检验分析。仪器分析中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温,利用氦气渗透性好、不可燃的特点,气相色谱分析中常把氦气作为载气。
另外,氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体。由于氦气密度远小于空气(空气的密度为1.29kg/立方米,氦气的密度为0.1786kg/立方米),而且化学性质极不活泼,比氢气安全(氢气可以在空气中燃烧,可能会引起爆炸)。
我国氦资源稀缺,氦气供应长期依赖进口,价格昂贵,应用受到限制。近年来随着科学技术发展,国内对氦气的需求量越来越大,年均增长率高达10%以上,但国内氦气勘查开发程度极低,无法满足国家需求。因此,深入研究氦气成藏条件、寻找氦气资源是我国矿产资源调查领域面临的最为紧迫的任务之一。
(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)
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