全球面臨“氦氣荒” 受影響的不只是氣球

氦氣之所以稀缺，一方面是由于其用途非常廣泛，另一方面是因為氦氣無法通過人工制備獲得，氦氣在空氣中的含量非常低，只有約0.000524%，從空氣中提取氦氣，成本可能比等體積的黃金還要貴，不具備工業(yè)提取價值。

據(jù)新華社報道，受到全球氦氣供應(yīng)不足、氣體提價等因素影響，日本東京迪士尼最近數(shù)周，已停止出售氦氣球。迪士尼氣球限售，掀開了氦氣供應(yīng)不足的冰山一角。盡管氦是宇宙中儲量第二豐富的元素，但是氦氣在地球的含量極少。有專家分析，氦氣資源可能只夠持續(xù)使用200年。

氦氣短缺，人們要面對的不僅僅是新年慶典、生日派對里缺少幾個氣球那么簡單，作為開采天然氣時產(chǎn)生的副產(chǎn)品，氦氣被廣泛應(yīng)用于深海潛水、低溫技術(shù)、火箭燃料，以及光纖與半導(dǎo)體等高科技領(lǐng)域。沒有氦氣，測量氣象的探空氣球、宇宙飛船都可能無法升空，更重要的是，與人們生活息息相關(guān)的安全氣囊、核磁共振都少不了這種氣體。

屬于密度很小的稀有氣體 無法人工制備只能從含氦天然氣中提取

氦氣，英文名為Helium，化學(xué)元素符號為He，是種無色無味、不可燃的氣體。充滿氦氣的氣球之所以能飄在空中，是因為氦氣是除了氫氣以外密度最小的氣體，其密度遠(yuǎn)小于空氣，空氣的密度為1.29千克/立方米，而氦氣的密度為0.1786千克/立方米。此外，氦氣也是一種惰性氣體，其化學(xué)性質(zhì)不活潑，通常狀態(tài)下不與其他元素或化合物結(jié)合，幾乎沒有固態(tài)或者液態(tài)化合物形態(tài)，所以氦一般都是以單質(zhì)氣體存在，直到1908年7月10日，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯才首次液化了氦氣。

“目前，氦氣是國防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一。”南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授湯平平介紹說，氦氣之所以稀缺，一方面是由于其用途非常廣泛，另一方面是因為氦氣無法通過人工制備獲得，氦氣在空氣中的含量非常低，只有約0.000524%，從空氣中提取氦氣，成本可能比等體積的黃金還要貴，不具備工業(yè)提取價值。

湯平平表示，我國氦氣資源相當(dāng)貧乏，礦物中氦氣的含量很低，且提取難度大，成本高。目前工業(yè)提取的氦氣，主要以含有氦的天然氣作為原料，反復(fù)進(jìn)行液化分餾，然后利用活性炭進(jìn)行吸附提純，最終得到純氦。此外空分法和氫液化法也是常用的提取純氦氣的方法，這兩種提取方法都能得到99.99%的純氦氣。目前，氦氣主要通過高壓鋼瓶來實現(xiàn)存儲和運輸。

具有不活潑、低沸點等特性 廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空、電子制造領(lǐng)域“由于具有低密度、化學(xué)性質(zhì)不活潑、液氦零下268.9攝氏度的低沸點等物理性質(zhì)，氦氣被廣泛應(yīng)用于軍工、石化、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實驗、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域。”湯平平說。

在醫(yī)療領(lǐng)域，作為磁共振和核磁共振超導(dǎo)磁體

的理想冷凍氣體，氦氣可實現(xiàn)零下232攝氏度的深冷溫度，可有效獲取內(nèi)臟器官和組織的高分辨率圖像；氦氖激光中的氣體介質(zhì)由氖氣和高純氦氣組成，可以用來進(jìn)行外科手術(shù)治療弱視，也能用來活化血管進(jìn)行保健。

由于化學(xué)性質(zhì)不活潑，氦氣還常被作為保護(hù)氣使用。氦氣在電弧溫度條件下的惰性使其成為鋁、不銹鋼、銅和鎂合金等高導(dǎo)熱性材料焊接的理想氣體，還可用作熱處理過程中的淬火氣體以及熔爐氣體，提升零件耐性和質(zhì)量。

在航空航天領(lǐng)域，氦氣被廣泛應(yīng)用于從飛機(jī)制造到飛行的整個過程；宇宙飛船太空飛行作業(yè)中，使用氦氣凈化氫氣系統(tǒng)，地面和飛行流體系統(tǒng)將其用作增壓劑。除此之外，氦氣還用作氣象和其他觀測氣球的升力源。

在汽車及運輸設(shè)備領(lǐng)域，氦氣應(yīng)用于散熱器、換熱器、空調(diào)組件、燃料箱和變矩器等重要汽車部件的測試，以確保其符合質(zhì)量規(guī)范。此外，氦氣還可與氬氣配合使用，越來越多地被用于安全氣囊的充氣操作。

在電子制造領(lǐng)域，氦氣在半導(dǎo)體、液晶面板和光纖線制造中起著重要作用，可實現(xiàn)零部件的快速冷卻，從而提高生產(chǎn)率，還能控制熱傳遞速率，以改善生產(chǎn)效率并減少缺陷。

氦氣短缺影響科研活動 替代物難找且回收再利用也成問題

在科研領(lǐng)域，氦氣更是不可或缺。“氦氣在科研中的一大用途在于制造低溫環(huán)境，液氦的低沸點，可用于超低溫冷卻。沒有了氦氣，低溫物理可能會成為人類研究的禁區(qū)。”湯平平說，超低溫冷卻技術(shù)在超導(dǎo)技術(shù)等研究領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，超導(dǎo)材料需要在低溫（100開爾文左右）中才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性，大多數(shù)情況下只有液氦能比較簡便地實現(xiàn)這樣的極低溫，因此科研中常用的核磁共振分析儀的超導(dǎo)磁體需要利用液氦降溫。

除此之外，還有很多領(lǐng)域的科學(xué)研究離不開對氦氣的使用。比如氣相色譜必須有合適的氣體作為載氣才能正常工作，氦氣具有滲透性好、不可燃的特點，可以作為載氣應(yīng)用于真空檢漏；利用氦氣化學(xué)性質(zhì)不活潑的特性，科學(xué)家將其作為清洗氣體應(yīng)用于原子核反應(yīng)堆的冷卻、熱交換，以及濃縮鈾擴(kuò)散元件在修理后的清洗，如果沒有氦氣的幫忙會影響反應(yīng)堆的正常工作。

湯平平表示，與氦氣相比，其他替代物往往只具有其中某一條性質(zhì)，因此無法作為氦氣的理想替代物使用，氦氣的短缺肯定會對科研造成一定的影響。比如在超導(dǎo)領(lǐng)域，還沒有更好的物質(zhì)來代替液氦所能達(dá)到的低溫效果。

那么既然氦氣如此短缺，能不能對它進(jìn)行回收和再利用呢？

“氦氣是可以進(jìn)行回收和再利用的。通過將使用過的氦氣重新收集起來，對其進(jìn)行凈化處理，將雜質(zhì)脫除，根據(jù)雜質(zhì)的種類及其性質(zhì)，采用適當(dāng)?shù)募兓胧够厥盏暮猓謴?fù)初始的純凈。”但湯平平同時指出，“目前氦氣的回收和再利用也存在一些問題。”比如氦氣因為自身密度小，地球引力場拉不住它，一旦泄漏到空氣中，很快便會從大氣層逃逸，飄散到外太空，很難回收。

他表示，在保護(hù)有限氦氣資源的同時，研究開發(fā)先進(jìn)的天然氣提氦技術(shù)，對于提高氦氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，保障國家用氦安全和促進(jìn)我國天然氣提氦工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。