揭开氦气神秘面纱
◎ 牟德刚
氦是仅次于氢的宇宙中第二丰富元素,但在地球上氦元素含量却极低,主要是由于氦原子量小、分子速度快,十分容易从大气层中逸散进入太空。
氦气的发现可以追溯到1868年,天文学家皮埃尔・詹森在分析太阳光谱时首次捕捉到了它的身影。作为宇宙大爆炸的遗迹,氦气见证了宇宙的诞生。地球上氦气成因主要有两种:一种是来自放射性矿物的衰变产生,地壳中的花岗岩类岩石含有铀和钍等放射性元素,这些元素在衰变过程中会释放出氦气,目前被认为是地球上氦气的主要来源。另外一种是来自于地幔,这部分氦气主要来自地球形成之时,由于逸散作用这部分氦气含量占比非常小。
我们该怎么将氦气开采出来?工业化生产氦气主要是从含氦、富氦天然气中提取。因为天然气中含有一定量的氦气,通过一系列复杂的分离和提纯工艺,如低温冷凝法等,可以得到高纯度的氦气,全球90%以上的氦气都是通过这种方式提取的。
氦气在许多领域扮演着重要角色。它的低密度和低沸点,使其成为超导磁体和低温实验的理想冷却剂。在医疗领域,氦气用于低温麻醉和MRI成像,为患者带来更安全的医疗服务;在半导体制造领域,更是受到了氦气的保护才使得制造芯片的多晶硅不与其他物质发生化学反应而影响纯度;在国防工业中,氦气的应用同样至关重要,它被用于火箭和航天器的燃料清洗、核反应堆冷却等,确保了国防科技的先进性和安全性。
尽管氦气应用广泛,但资源却十分有限。全球氦气资源量约在484亿立方米,且分布呈现极度不均衡的态势。美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯等国家占据着全球近九成的氦气资源量。相较之下,我国的氦气资源有限,超九成供应依赖进口。
随着科技的发展,对氦气的需求不断增长,氦气逐渐成为高新技术业发展的重要稀缺战略资源。未来,应进一步加大氦气资源的调查与勘查开采力度,保障国家战略资源安全,唯如此方能在关键领域不再 “气短”,让发展底气更足!
(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)
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