对氦短缺的担忧日益加剧

除了气球之外,氦气对现代科学技术也是至关重要的——这就是为什么科学家们担心……
2021年10月05日

采访

索菲亚·海耶斯,圣路易斯华盛顿大学

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天空中的气球

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但首先是一种通常看不见的重要资源,除非它填满了气球,那就是——没错,它就是氦气。但撇开吱吱的声音和派对气球不谈,氦气实际上是现代生活中至关重要的一部分——从运行核磁共振成像仪到制造智能手机中的半导体芯片,氦气都是至关重要的,这就是为什么科学家们对氦气供应波动的事实感到紧张,总有一天,我们真的会用完……伊娃·希金波坦采访了一位来自圣路易斯华盛顿大学的科学家索菲亚·海耶斯。

索菲亚:哦,你知道,氦有很多特性,使它成为一种非常特殊的元素。当然,我们很多人都知道它比空气轻。它能举起物体。这就是为什么我们有氦气球和气象气球之类的东西,但它也是不反应的。这对我们这些化学家来说意味着,当它接触到另一个原子或分子时,它不会改变物质的组成。如果你想想我们周围的氧气,它能把铁变成铁锈,或者把钢变成铁锈,而氦的情况是它不与任何其他物质反应。但真正重要的特性是它是地球上能买到的最冷的物质。我们科学家就用这个。就像你说的,它被用在核磁共振成像仪上。

Eva -所以它不喜欢和其他分子交朋友。而且那里也很冷。我们从哪里得到它呢?

索菲亚:当我们开采天然气并将其从地下开采出来时,氦就出现了。所以有一些氦被困在那里,对我们来说很幸运。所以当我们把天然气拿出来的时候,我们可以把氦和甲烷分开。

伊娃:下面有多少氦气?和我们带上来的甲烷有多少百分比?

索菲亚:你知道,在一个好的资源中,这个比例只有百分之一,有时可能高达百分之五,但很多很多天然气资源的比例要低得多。

伊娃:所以供给才会上下波动吗?

索菲亚:啊,是的,这是一个非常复杂的问题,我很高兴你在项目开始时提到了以防万一模式和及时生产模式。氦很难被储存起来。于是就有了这种天然气开采,但偶尔会出现与卡塔尔或阿尔及利亚的地缘政治局势,这将关闭整个资源。美国源有一个很大的库存,因为我们有一个岩层,我们储存它,所以我们在这里有一个独特的能力,但即使偶尔我们关闭维护。所以当其中一个供给来源下降时,整个市场就会失灵。

伊娃:那么当我们所有的核磁共振成像仪供应不足时会发生什么呢?

索菲亚:核磁共振成像仪的风险较小,因为它们中的许多都是封闭循环的,有点像你汽车上的散热器,但其他类型的应用,半导体工业,甚至我们这些没有封闭循环系统的人,它们都有风险。所以半导体生产线必须关闭。对于那些类似核磁共振成像的磁铁来说,这会使它们处于危险之中,因为它们需要在整个生命周期中保持在这种寒冷状态。所以这让他们处于危险之中,因为他们可能会变暖。

伊娃:当氦气供应不足时,我们有替代品吗?

索菲娅:很遗憾,没有什么能比得上它,它是一种特殊的物质,我们也找不到其他替代品。虽然我们可能会为一个或另一个应用想出一个替代方案,但没有什么能比得上它,它很特别。

伊娃:如果我们从地下获取,我们知道地下还剩下多少吗?还会继续创造更多吗?它从何而来?

索菲亚-它来自元素的衰变,比如铀和钍。所以我们对地球上有多少铀有一些估计,但这意味着我们一次制造一个氦原子,这是一个非常缓慢的过程。你知道,据估计地球大约有40亿年的历史。幸运的是,很多地壳的形成都把氦困在了地下,这意味着我们可以把它抽出来。但这40亿年给了我们足够的时间来制造氦,一次一个。所以估计大约是200年的供应量。

伊娃:考虑到这件事这么重要,这看起来也不太长!既然它比空气轻,这是否意味着我们得到的氦会直接进入太空呢?

索菲亚:是的,完全正确。这是一个问题,因为它不会留在地球上。一旦我们放手,它就真的永远消失了。

伊娃:这是否意味着我们可以从太空中获得一些,如果它最终都在那里?

索菲亚-我希望!那不是很好吗?这将是一个很棒的解决方案,但当然在外太空,它太稀了。即使那里有氦,我们也很难一次收集到一个原子。

伊娃:那我们该怎么办?这是否意味着保存氦气球的时代应该结束了呢?

索菲亚-这也很复杂。我们这些使用大量氦气的人,我们真的应该在封闭循环系统中回收它。例如,据我所知,半导体工业并不回收他们使用的大量氦气。它们也被用于火箭推进,并没有一个很好的方法来回收它们。但我们这些有核磁共振成像和相关强磁设备的人,它们被称为超导磁体。如果我们都开始回收利用,这当然是一个更好的方式来保护资源。

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