在我們生活銀河系中,氦僅次于氫的元素。氦元素的發(fā)現(xiàn)還得追溯到1868 年日全蝕,人們透過(guò)觀測(cè)太陽(yáng)之未知的亮黃色發(fā)射光譜線(波長(zhǎng)為5587.5奈米)才首次發(fā)現(xiàn)了氦,直到1882 年人類才發(fā)現(xiàn)地球上的氦元素。首次大量氦氣的製造則是1903 年美國(guó)開發(fā)西南部天然氣田時(shí),提煉過(guò)程產(chǎn)生之副產(chǎn)品,其來(lái)源為重放射性元素的自然放射性α衰變(alpha-decay),例如鈾– 238 會(huì)衰變成α粒子(氦– 4 原子核)及釷– 234(反應(yīng)式為238U →4He+234Th),氦陷于天然氣中形成。美國(guó)西南部天然氣田中有高含量氦,約0.3~2.7%。
國(guó)內(nèi)有些地方不產(chǎn)氦氣,所需氦氣及液氦均由氣體公司,如法液空、普萊克斯、大洋日酸等子公司從國(guó)外母公司將氦氣液化后,用液氦低溫儲(chǔ)存槽以海運(yùn)方式進(jìn)口,主要供醫(yī)院、工業(yè)界及研究單位使用。
氦氣的基本性質(zhì)
荷蘭物理學(xué)家翁內(nèi)斯于1908年首度成功的將氦氣液化,氦氣在1大氣壓時(shí)的液化溫度為凱氏絕對(duì)溫度4.2 度(4.2K ,即攝氏負(fù)269 度),他于1911 年利用液態(tài)氦冷卻,以測(cè)量元素金屬電阻隨溫度之變化時(shí),發(fā)現(xiàn)了汞金屬在4.2K的超導(dǎo)性以及超導(dǎo)體的電流在臨界電流以下時(shí),電阻為零、無(wú)能量損耗。翁內(nèi)斯因此二項(xiàng)貢獻(xiàn)于1913年榮獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。
紐瑞德氣體專家表示在1975 年的美國(guó)圣地牙哥加州大學(xué),液氦低溫保持器仍用玻璃杜爾瓶製造,可以清楚看到無(wú)色透明的液氦。用玻璃杜爾瓶裝液氦,可以很容易看到2.17 K 相變,將4.2 K 液氦表面蒸汽用真空泵慢慢抽走,液氦就會(huì)因蒸發(fā)而冷卻,在正常液體相時(shí)因熱傳導(dǎo)率有限,液體內(nèi)部和表面有溫度梯度,蒸發(fā)時(shí)會(huì)看到液體沸騰。但當(dāng)溫度降到2.17 K 時(shí),液氦相變?yōu)椤赋飨唷梗瑹醾鲗?dǎo)率變成無(wú)限大,液體內(nèi)部和表面沒(méi)有溫度差,透過(guò)玻璃可以很清楚看到沸騰消失,非常有趣。
液氦因質(zhì)量輕,交互作用弱,基態(tài)動(dòng)能(零點(diǎn)能量)大,在1大氣壓時(shí)即使冷到絕對(duì)溫度零度也不會(huì)結(jié)晶成固體,必需加壓到34 大氣壓才會(huì)結(jié)晶為固態(tài)。其固體有多種不同的晶體結(jié)構(gòu),這些固態(tài)氦因零點(diǎn)能量仍大,稱為量子固體。
氦氣的用途
氦氣質(zhì)量輕,且為惰性氣體,密度為0.1786 克∕公升 (0℃, 1大氣壓),雖比氫氣重但接觸空氣不會(huì)爆炸,可用于填充氣球及氦氣船(airship),不會(huì)發(fā)生1 9 3 7 年德國(guó)興登堡號(hào)氫氣船爆炸之危險(xiǎn)。反觀目前國(guó)內(nèi)仍有業(yè)者使用氫氣來(lái)填充氣球,這是不安全的。事實(shí)上,氣球填充只是氦氣應(yīng)用之極小部份,氦氣在醫(yī)療或工業(yè)上均極有價(jià)值。
氦氣的購(gòu)買
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