氦是宇宙中排名第二的常见元素,仅次于氢。它在众多恒星内部参与能量生成,点亮了整个宇宙。
然而,在地球上,氦却是一种稀缺资源,其独特的性质和广泛的应用使其具有重要的战略意义。与宇宙中的丰富存在形成鲜明对比的是,氦在地球上却显得弥足珍贵。
地球对这种轻飘飘的气体抓得不够紧,所以大气里氦气的比例很少,只有万分之四点六,算是稀有气体的一种。更棘手的是,氦几乎不与其他元素发生反应,这意味着我们无法像开采其他矿物一样找到富集的氦矿床。
目前,人类获取氦的主要途径有两种:从富含氦的天然气中提取,以及从大气中分离提取。前者是目前最主要的获取方式,但并非所有天然气都富含氦,且提取过程也需要一定的技术和成本。后者虽然理论上可行,但由于大气中氦含量极低,提取成本高昂,难以实现商业化应用。
氦这种东西很稀少,因此它变得挺关键的战略物资。全球氦气资源分布不均,美国的储量最多,占了全球的四成左右,紧随其后的是卡塔尔,占全球总储量的约六分之一。还有像阿尔及利亚、俄罗斯、波兰和加拿大这样的国家,它们也有自己的一些氦气储备。
然而,作为全球氦气消耗大国,中国的氦气资源却相对匮乏,已探明的储量仅占全球总量的2%,与巨大的国内需求相比,形成了巨大的供需缺口。这种供需失衡导致中国高度依赖氦气进口,进口量占国内消费量的95%以上,2020年氦气自给率仅为2.3%。
这种高度依赖进口的现状,使得中国在氦气供应方面面临着潜在的“卡脖子”风险,一旦国际局势发生变化,氦气供应链可能受到干扰,进而影响到国内相关产业的发展。氦气因其特殊特性,在众多高科技领域中扮演着关键角色。
从用于冷却欧洲强子对撞机中超导磁体的液氦,到医院里核磁共振成像仪器中的关键制冷剂,再到航天工业中火箭燃料的压送剂,氦气的身影无处不在。此外,在低温物理研究、金属冶炼、精密仪器制造等领域,氦气也发挥着重要的作用。
不过,现在氦气变得越来越稀缺,这已经开始影响相关行业的发展了。随着高科技产业的快速发展,对氦气的需求不断增长,而有限的氦资源和高度依赖进口的现状,使得中国面临着严峻的挑战。
为了保障国家战略安全和科技发展,中国必须积极探索氦资源的开源节流之路,加大国内氦资源勘探力度,提高提取技术水平,同时加强氦气的回收利用,以减少对进口的依赖。
氦,这种元素周期表中排名第二的轻质元素,以其独特的物理和化学性质,在众多领域展现出无可替代的价值。氦气是所有气体里最难变成液态的,同时也是唯一在常压下不能变成固态的气体。
这是因为氦原子间的引力非常微弱,而且它们的质量也非常小。即使在接近绝对零度的极低温下,氦也顽强地保持着液态,只有在超过25个大气压的压力下才能凝固成固态。更令人惊叹的是,当液氦的温度降至2.18K时,它会发生神奇的转变,成为一种超流体。
这种超流体拥有许多奇异的特性,例如,它可以沿着容器壁向上流动,仿佛无视重力;它的热导率是铜的800倍,远超任何已知材料;它的比热容、表面张力和压缩性也表现出反常的行为。这些独特的低温特性使得液氦成为许多科学实验和工程应用中不可或缺的制冷剂。
氦气性质很稳定,很少跟别的物质发生反应。它的原子结构使其拥有稳定的电子排布,难以与其他元素形成化学键。这种“不问世事”的化学特性,使得氦气成为一种理想的保护气体,可以用于隔绝空气,防止氧化和腐蚀。
氦气特别,在很多地方都能派上用场,用途广泛,挺让人佩服的。