陈曦　

　　氦气之所以稀缺，一方面是由于其用途非常广泛，另一方面是因为氦气无法通过人工制备获得，氦气在空气中的含量非常低，只有约 0.000524%，从空气中提取氦气，成本可能比等体积的黄金还要贵，不具备工业提取价值。

　　据新华社报道，受到全球氦气供应不足、气体提价等因素影响，日本东京迪士尼最近数周，已停止出售氦气球。迪士尼气球限售，掀开了氦气供应不足的冰山一角。尽管氦是宇宙中储量第二丰富的元素，但是氦气在地球的含量极少。有专家分析，氦气资源可能只够持续使用 200 年。

　　氦气短缺，人们要面对的不仅仅是新年庆典、生日派对里缺少几个气球那么简单，作为开采天然气时产生的副产品，氦气被广泛应用于深海潜水、低温技术、火箭燃料，以及光纤与半导体等高科技领域。没有氦气，测量气象的探空气球、宇宙飞船都可能无法升空，更重要的是，与人们生活息息相关的安全气囊、核磁共振都少不了这种气体。

　　属于密度很小的稀有气体

　　无法人工制备只能从含氦天然气中提取

　　氦气，英文名为 Helium，化学元素符号为 He，是种无色无味、不可燃的气体。充满氦气的气球之所以能飘在空中，是因为氦气是除了氢气以外密度最小的气体，其密度远小于空气，空气的密度为 1.29 千克/立方米，而氦气的密度为 0.1786 千克/立方米。此外，氦气也是一种惰性气体，其化学性质不活泼，通常状态下不与其他元素或化合物结合，几乎没有固态或者液态化合物形态，所以氦一般都是以单质气体存在，直到 1908 年 7 月 10 日，荷兰物理学家昂尼斯才首次液化了氦气。

　　“目前，氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一。”南开大学化学学院教授汤平平介绍说，氦气之所以稀缺，一方面是由于其用途非常广泛，另一方面是因为氦气无法通过人工制备获得，氦气在空气中的含量非常低，只有约 0.000524%，从空气中提取氦气，成本可能比等体积的黄金还要贵，不具备工业提取价值。

　　汤平平表示，我国氦气资源相当贫乏，矿物中氦气的含量很低，且提取难度大，成本高。目前工业提取的氦气，主要以含有氦的天然气作为原料，反复进行液化分馏，然后利用活性炭进行吸附提纯，最终得到纯氦。此外空分法和氢液化法也是常用的提取纯氦气的方法，这两种提取方法都能得到 99.99% 的纯氦气。目前，氦气主要通过高压钢瓶来实现存储和运输。

　　具有不活泼、低沸点等特性 广泛应用于医疗、航空、电子制造领域“由于具有低密度、化学性质不活泼、液氦零下 268.9 摄氏度的低沸点等物理性质，氦气被广泛应用于军工、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等领域。”汤平平说。

　　在医疗领域，作为磁共振和核磁共振超导磁体的理想冷冻气体，氦气可实现零下 232 摄氏度的深冷温度，可有效获取内脏器官和组织的高分辨率图像；氦氖激光中的气体介质由氖气和高纯氦气组成，可以用来进行外科手术治疗弱视，也能用来活化血管进行保健。

　　由于化学性质不活泼，氦气还常被作为保护气使用。氦气在电弧温度条件下的惰性使其成为铝、不锈钢、铜和镁合金等高导热性材料焊接的理想气体，还可用作热处理过程中的淬火气体以及熔炉气体，提升零件耐性和质量。

　　在航空航天领域，氦气被广泛应用于从飞机制造到飞行的整个过程；宇宙飞船太空飞行作业中，使用氦气净化氢气系统，地面和飞行流体系统将其用作增压剂。除此之外，氦气还用作气象和其他观测气球的升力源。

　　在汽车及运输设备领域，氦气应用于散热器、换热器、空调组件、燃料箱和变矩器等重要汽车部件的测试，以确保其符合质量规范。此外，氦气还可与氩气配合使用，越来越多地被用于安全气囊的充气操作。

　　在电子制造领域，氦气在半导体、液晶面板和光纤线制造中起着重要作用，可实现零部件的快速冷却，从而提高生产率，还能控制热传递速率，以改善生产效率并减少缺陷。

　　氦气短缺影响科研活动

　　替代物难找且回收再利用也成问题

　　在科研领域，氦气更是不可或缺。“氦气在科研中的一大用途在于制造低温环境，液氦的低沸点，可用于超低温冷却。没有了氦气，低温物理可能会成为人类研究的禁区。”汤平平说，超低温冷却技术在超导技术等研究领域有较广泛的应用，超导材料需要在低温（100 开尔文左右）中才能表现出超导特性，大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温，因此科研中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温。

　　除此之外，还有很多领域的科学研究离不开对氦气的使用。比如气相色谱必须有合适的气体作为载气才能正常工作，氦气具有渗透性好、不可燃的特点，可以作为载气应用于真空检漏；利用氦气化学性质不活泼的特性，科学家将其作为清洗气体应用于原子核反应堆的冷却、热交换，以及浓缩铀扩散元件在修理后的清洗，如果没有氦气的帮忙会影响反应堆的正常工作。

　　汤平平表示，与氦气相比，其他替代物往往只具有其中某一条性质，因此无法作为氦气的理想替代物使用，氦气的短缺肯定会对科研造成一定的影响。比如在超导领域，还没有更好的物质来代替液氦所能达到的低温效果。

　　那么既然氦气如此短缺，能不能对它进行回收和再利用呢？

　　“氦气是可以进行回收和再利用的。通过将使用过的氦气重新收集起来，对其进行净化处理，将杂质脱除，根据杂质的种类及其性质，采用适当的纯化措施，使回收的氦气，恢复初始的纯净。”但汤平平同时指出，“目前氦气的回收和再利用也存在一些问题。”比如氦气因为自身密度小，地球引力场拉不住它，一旦泄漏到空气中，很快便会从大气层逃逸，飘散到外太空，很难回收。

　　他表示，在保护有限氦气资源的同时，研究开发先进的天然气提氦技术，对于提高氦气生产的经济性，保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业的发展具有重要意义。