氦氣氣球是人們?cè)谏钪谐R?jiàn)的一個(gè)東西,它帶來(lái)了很多樂(lè)趣,但是隨著氦氣在地球上越來(lái)越稀少,恐怕氦氣氣球?qū)⒆罱K消失于人們的視線(xiàn)當(dāng)中。對(duì)氦氣氣球的禁止,不僅是出于安全考量,更是出于成本考量。
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宇宙中常見(jiàn)的元素
實(shí)際上氦不是多么稀少的物質(zhì),但是這個(gè)說(shuō)法要看參照物是什么,如果參照物是地球,那么確實(shí),氦在地球上的確是相對(duì)稀有的一種化學(xué)元素。而且氦氣的作用很廣泛,無(wú)論是太空探索還是量子計(jì)算,它都在發(fā)揮著作用。
但是如果參照物是宇宙,那么氦的稀有性就沒(méi)有那么強(qiáng)了,在宇宙的尺度來(lái)看,氦是很常見(jiàn)的元素。氦被發(fā)現(xiàn)就是在宇宙中,法國(guó)天文學(xué)家在太陽(yáng)周?chē)臍鈶B(tài)大氣中發(fā)現(xiàn)了它,它最初出現(xiàn)的形式是一條黃色的線(xiàn)。
在排除了鈉等元素后,才確定了它的身份。英國(guó)化學(xué)家在19世紀(jì)末確定了地球上也有著氦的存在,當(dāng)時(shí)的氦是從含鈾礦物藍(lán)鈣石的樣本中發(fā)現(xiàn)的,科學(xué)家研究了加熱所產(chǎn)生的氣體后,發(fā)現(xiàn)其與太陽(yáng)上那條黃色的線(xiàn)應(yīng)該是同一元素,即氦。
宇宙中的氦含量很高,宇宙中氣體超過(guò)五分之一都是氦,僅次于氫。氦在恒星中大量存在著,而地球上更多是在放射性礦物、隕鐵和礦泉中能夠發(fā)現(xiàn)少量氦。這種元素在美國(guó)尤其多見(jiàn),得克薩斯州、新墨西哥州和堪薩斯州都有很大的儲(chǔ)量。
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氦的生產(chǎn)與使用
近百分之百純度的氦氣可以從天然氣中被分離和提取出來(lái),常見(jiàn)的步驟是低溫或高壓。另外,如果在一塊冷卻到一定低溫的活性炭上吸附其他氣體,也可以獲得超過(guò)百分之99純度的氦氣。
還有少部分的氦氣是通過(guò)液化空氣提供的,但是被液化的空氣必須很大量?茖W(xué)家證實(shí),在室溫的情況下,同時(shí)在正常的大氣壓情況下,每1000噸空氣中能夠被提取出來(lái)3立方米左右的氦氣。氦氣在人類(lèi)生活中的用途很多,首先,氦氣是一種惰性氣體。
這種惰性氣體可以被用作焊接鋁等金屬。其次,火箭推進(jìn)的過(guò)程中,也需要氦氣的大量幫助,它可以給燃料箱加壓,尤其是主流的液氫燃料箱,這是因?yàn)楹庠谝簹涞臏囟认氯匀荒軌虮3謿怏w形態(tài)。再次,氣象學(xué)中氦氣可以幫助預(yù)測(cè)天氣。
對(duì)于地理學(xué)來(lái)說(shuō),氦氣也有測(cè)量的作用,當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一塊隕石或者巖石,可以通過(guò)測(cè)量其中的氦含量來(lái)推算其年齡。最后,水肺潛水也需要用到氦氣,氦氣在血液中的溶解度很低,可以幫助人在水下停留更長(zhǎng)的時(shí)間。
氦氣氣球?yàn)槭裁幢唤茫?/strong>
氦氣氣球被禁用主要是兩方面的原因,一方面是因?yàn)樗幸欢ǖ陌踩[患,另一方面則是因?yàn)槠湓诘厍蛏系南∪毙詻Q定了其的珍稀性,成本很高,而且一些擁有大量氦的國(guó)家,已經(jīng)對(duì)氦氣進(jìn)行了壟斷,攪亂了市場(chǎng)的正常交易秩序。
氦氣確實(shí)不易燃,但是這種氣球如果遭遇較冷的天氣,或者遭遇對(duì)流空氣就會(huì)在空中出現(xiàn)停滯的情況,無(wú)法飛向更高更遠(yuǎn)的地方,反而是在低空四處飄蕩,這大大增加了空中交通的危險(xiǎn)發(fā)生幾率,而且它們還會(huì)大量地飛到水中或者高速公路上。
另外,就像元素周期表上它的直接前身氫一樣,氦是重量很輕的一種元素。但兩者不同的是,氦很不容易與其他元素結(jié)合。因此,一旦氦氣到達(dá)地表,它就很容易擺脫地球的引力去往太空。它和石油天然氣也不一樣,氦可以真正意義上做到從地球上物理消失。
另一方面就是氦氣的成本問(wèn)題了。氣態(tài)氦被用于制造傳統(tǒng)電子產(chǎn)品,并且被SpaceX等科技尖端公司用于制造火箭,即使如此,氦氣最大的問(wèn)題就是供不應(yīng)求,可謂是一氦難求。世界上的氦氣供應(yīng)集中在少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。
這幾個(gè)國(guó)家就是美國(guó)、阿爾及利亞和卡塔爾,如此稀少的產(chǎn)地意味著如果這三個(gè)國(guó)家中哪一個(gè)國(guó)家的供應(yīng)出現(xiàn)了問(wèn)題,氦氣的價(jià)格就會(huì)水漲船高一路飆升,而需要氦氣的公司只能買(mǎi)單。其實(shí)看看化石燃料在全球市場(chǎng)中的壟斷地位,就不難理解氦氣的成本問(wèn)題了。
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氦氣價(jià)格的持續(xù)波動(dòng)迫使研究人員重新考慮他們?cè)撊绾问褂眠@種氣體,事實(shí)上,由于價(jià)格太高的原因,一些超導(dǎo)磁體的研究只能暫停。除非氦氣的價(jià)格波動(dòng)能夠得到控制,否則各個(gè)重要領(lǐng)域的研究將被縮減甚至放棄。