談談氦氣He的供應局勢和氦危機
2011-12-6 13:35:37
1895年英國化學家威廉.拉姆塞（William Ramsay）從一種含鈾礦物中分離到氦的時候，讓人們認識到地球上也有氦的分布。而且氦是一種惰性氣體，幾乎不能和其他任何元素化合，而且極難液化。
由于美國將氦資源列為戰略儲備資源而限制粗氦產量，美國國內液氦設備大規模停產，這不僅導致了美國自身在日本長島軍事基地的需氦設備被迫關閉，而且累及到中國的液氦進口，液氦的價格更是一路飆升。分析人士稱中國加強對稀土出口的監管后，美國就曾一度威脅以中斷供應氦要挾。
更嚴重的是，液氦的最大消費群體還不在科研機構，而是在醫院的核磁共振設備。醫院的核磁共振成像儀的核心大都是超導磁體，只有在液氦的低溫下才能穩定運行從而產生穩定的磁場，這樣才能保證高分辨率的成像。越是精密的低溫超導成像設備往往消耗的液氦越多，核磁共振成像儀的諸多優點讓其成為醫院不可或缺的診斷工具，然而由于“伴侶商品”液氦的短缺，一些醫院不得不讓它們停止運行。
汽車加了汽油馬上就可以重新上路，但醫院的核磁共振成像設備一旦停下來，再啟動就不是件很容易的事。首先要注入幾十升的液氦預冷設備，而且很有可能需要重新勻場，超導磁體退磁后重新充磁也要10到15天。等到設備完全正常差不多要等一個月。而且對于儀器來說，超導磁體的反復退磁對儀器本身是有損害的。隨著醫療體系的逐步完善，醫院核磁共振成像設備也越來越多。
中國四川自貢倒是有一些氦氣含量相對較高的天然氣，從中提取出的氦基本就用于潛艇。在水下的高壓環境下，空氣中的氮氣會溶解在潛水員的血液中，在潛水員上浮的過程中隨著壓力的變小，血液中的氮氣便會逸出，形成氣泡阻塞血管，而用到極難溶于水的氦氣與氧氣混合形成的人造空氣，由于氦氣本身的化學惰性，可以讓潛水員較為舒適地在水面和水下之間往返。
同時由于氦氣是惰性氣體，不易與別的化學物質發生反應，它常常被用作電焊和單晶硅生產中的保護氣，避免金屬或者硅被空氣中的氧氣所氧化形成討厭的氧化物。像美國這樣的氦資源富有國家，據統計在其2000年消耗的所有氦氣中，18%用在了焊接上，而16%用作工業的保護氣。
此外，氦氣還被用于飛艇的載氣，在火箭發射中也離不開它的身影。
三種途徑解除氦危機
對于美國這樣的“富氦”國家，在相當長的一段時期內似乎不需要考慮“氦資源危機”的問題，但事實上不管是科研工作者還是醫療工作者都在考慮如何面對這一危機。
最直接的辦法就是節流。現在醫院的核磁共振儀很多自身帶有密閉性很好、防止蒸發的液氦裝置，大大減少了液氦的需求量，先前的一些耗費液氦量大的儀器已經逐漸被淘汰。
更多的科學家嘗試用其他的制冷方式來代替液氦制冷。用無液氦的制冷機來達到超導磁體的工作溫度。相對于液氦制冷，制冷機的氦需求量很低（用作制冷機的制冷氣體），制冷機主要通過冷橋與磁體相連，采用的是熱傳導的制冷方式，而液氦主要是將磁體浸泡其中，對流制冷起很大作用。
然而這種方法目前還沒有真正用于醫用核磁共振儀。有專家表示，液氦制冷的優勢現在比較明顯:制冷效果穩定，對于成像要求條件苛刻的醫用設備，這點很重要。制冷機的穩定性不如液氦，容易受到擾動影響，這對精確成像是不利的。但他也表示，隨著技術的進一步發展、成熟，制冷機代替液氦制冷也并非不可能。
發展高溫超導材料也是另一個可能的途徑。尋找優質的高溫超導材料，讓超導磁體能夠在液氮甚至更高的溫度下穩定工作，是核磁共振成像儀擺脫液氦的又一希望所在。
