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你可能還記得，幾年前曾經(jīng)出現(xiàn)過關(guān)于全球氦供應(yīng)量有限的報(bào)道。類似的消息也在這幾年間的周期性報(bào)告中屢屢出現(xiàn)。那么，這一危機(jī)值得引起人們的重視嗎？
氦早在宇宙形成之初、宇宙大爆炸須臾之后便已經(jīng)誕生，至今已有數(shù)十億年的歷史。它是宇宙中第二輕、也是第二常見的元素，僅次于氫氣。但地球上的氦并不多，含量僅為百萬分之幾。問題在于，氦原子核太輕，不足以被地球引力所牽制。一旦氦氣進(jìn)入大氣，就會(huì)逃逸到宇宙中，在太陽風(fēng)的“吹拂”下隨風(fēng)而去。
雖然地球上的氦一直在減少，但直到不久之前，氦儲(chǔ)量都非常充足。大多數(shù)氦都是在宇宙大爆炸時(shí)形成的。鈾和釷等放射性元素可衰變成更小的碎片或粒子，其中也包括α粒子。這些粒子便是失去電子后的高能氦原子。在這種衰變過程中，放射性元素分裂成若干碎片，同時(shí)釋放出能量，因此名為裂變。
放射性元素的衰變可以彌補(bǔ)通過大氣損失的氦。裂變生成的氦主要儲(chǔ)存于多種礦石中，在天然形成的大型蓄氣池中大量聚積，如位于美國德克薩斯州的氦氣池。但這種天然過程需經(jīng)歷成千上萬年，產(chǎn)出的氦氣量才能達(dá)到商業(yè)提取價(jià)值。
我們?yōu)楹涡枰?
氦原子核質(zhì)量只有4，僅由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成，是一種非常穩(wěn)定的元素。氦重要的特性包括：極難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、不具有放射性、不可燃燒、無毒，關(guān)鍵的一點(diǎn)是，它的沸點(diǎn)低至4.2開爾文，即零下268攝氏度，十分接近宇宙中的溫度下限——零度。其它元素在該溫度下都不可能保持液體狀態(tài)。氦氣是目前一種具有這些特性、且能夠?yàn)槲覀兯玫牡奈镔|(zhì)。
裝滿惰性氣體的玻璃管受到高強(qiáng)度電流激發(fā)，會(huì)發(fā)出不同顏色和強(qiáng)度的光線。
氦的價(jià)格相對(duì)來說并不貴。很多工業(yè)應(yīng)用根本找不到更合適的替代品。對(duì)航天、國防科技、高科技制造業(yè)、火箭引擎測試、焊接、商業(yè)潛水、粒子加速器磁鐵、光纖、半導(dǎo)體芯片而言，氦氣的作用都不可或缺。
然而，氦氣重要的用途還當(dāng)屬醫(yī)學(xué)成像，尤其是磁共振成像技術(shù)（MRI），以及利用高強(qiáng)度磁場的核磁共振技術(shù)（NMR）。若不是因?yàn)楹夥悬c(diǎn)極低，這些技術(shù)都不可能誕生。
超導(dǎo)體材料是磁共振和核磁共振設(shè)備的關(guān)鍵，而這些材料在4.2開爾文的溫度下才能保持穩(wěn)定。電子從材料中流過、產(chǎn)生電流時(shí)，大多數(shù)材料都會(huì)產(chǎn)生電阻，這對(duì)磁裝置而言是一大問題。
我們使用的每一樣電子設(shè)備、以及運(yùn)輸電力的基礎(chǔ)設(shè)施都會(huì)因?yàn)殡娮钃p失能量。由于電阻的存在，很難用高強(qiáng)度電流產(chǎn)生高強(qiáng)磁場。然而超導(dǎo)體卻不會(huì)阻礙電子的流動(dòng)，因此能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場，可以進(jìn)行高分辨率醫(yī)學(xué)成像。
但超導(dǎo)體材料要想發(fā)揮正常功能，就必須被放置在超低溫環(huán)境中。這也正是液氦不可或缺的原因。
氦與超導(dǎo)體
一圈導(dǎo)線纏繞在特制的超導(dǎo)材料上，再將其放置在液氦中，冷卻至4.2開爾文、甚至更低，便可達(dá)到超導(dǎo)體所需的特殊溫度條件，再向線圈中通入高強(qiáng)度電流。目前穩(wěn)定磁場位于美國佛羅里達(dá)大學(xué)高強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室，由一塊超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生，磁場強(qiáng)度足足高達(dá)地球磁場的150萬倍。
科學(xué)家們會(huì)利用核磁共振技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的新材料的物理特性。有些材料后來被研發(fā)成了藥品，如能夠解決全球健康問題的新型抗生素；有些則被研發(fā)成了能夠回收利用的綠色建筑材料。
能源領(lǐng)域也取得了不少進(jìn)步，研發(fā)出了更小、更便攜、能量更高的電池，或可減少我們對(duì)碳燃料的依賴。但核磁共振技術(shù)目前仍需要大量液氦，這點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)暫時(shí)無法改變。
磁共振掃描是一種至關(guān)重要的醫(yī)學(xué)成像工具。該設(shè)備可以產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場，但必須用液氦將其中的超導(dǎo)體元件保持在超低溫狀態(tài)下。
幸運(yùn)的是，我們已經(jīng)知道了如何更好地保護(hù)剩下的氦儲(chǔ)備，并且在不斷發(fā)現(xiàn)新的氦氣池。我們明白了如何在氦逃逸到太空中之前予以回收利用，也開始研究能夠在更高溫度下運(yùn)行的超導(dǎo)體。這些工作都費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高昂，而且回收氦還需要大量化石能源提供的能量。
與此同時(shí)，我們還要尋找更多的氦氣來源，并找到更好的回收途徑。我們可以從少買幾個(gè)氦氣球這樣的小事做起。下次放飛氦氣球之前，不妨三思而后行。
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