正文
2010年04月02日 10:00科學網
張海剛忙著聯係外麵的液氦供應商，因為理化所的液氦不知道什麽時候才能重新送過來。實驗是不能停的，現在的文章還不夠明年畢業的要求。看著身邊忙碌的同學，他心裏很著急。
張海剛在中國科學院物理研究所讀博士，他所進行的分子動力學性質的研究需要在超低溫環境進行，這種低至4.2K的低溫是通過液氦來實現的。
實驗室“斷糧”
物理所的液氦主要來源於兄弟院所——中科院理化所。
理化所研究員劉立強說:“所裏的氦液化器每兩天工作一次，每次工作8個小時，一個星期大概能出1000升液氦。”但是，近幾天所裏的氦液化器出現了故障。據劉立強介紹，上世紀80年代，該所氦液化器產出的液氦能夠供應整個華北地區，但現在，80%的液氦都要先滿足物理所的實驗需要。
為了應對這個隨時可能“罷工”的儀器，物理所在2008年耗資六七十萬元人民幣買了自己的氦液化器。物理所一位實驗人員告訴《科學新聞》:“要等到明年（2010）初，液化器才能真正投入使用，即便是這樣也隻能夠自給自足。”
在中科院，像物理所這樣擁有國家超導重點實驗室的液氦消耗“大戶”並不唯一，經曆過“斷糧”之苦的電工所中科院應用超導重點實驗室的科研人員對此深有體會。為了研究帶材的超導性能和維持超導磁體運行，液氦必不可少，而與物理所不同，電工所的液氦是直接從國內的液氦分銷商手中購買，通常來說，這比從中科院其他研究所購買要便宜。
但就在2007年下半年，超導實驗室的超導實驗停了長達兩個多月。彼時由於美國將氦資源列為戰略儲備資源而限製粗氦產量，美國國內液氦設備大規模停產，這不僅導致了美國自身在日本長島軍事基地的需氦設備被迫關閉，而且累及到中國的液氦進口，液氦的價格更是一度飆升到300元/升。
隨著醫療體係的逐步完善，醫院核磁共振成像設備也越來越多
醫院麵臨問題
回憶起2007年下半年的液氦斷貨情形，一家液氦供應商的負責人王國強記憶猶新:“不斷有人打聽什麽時候能買到液氦。每天都要向顧客解釋不是為了抬價，確實是美國那邊沒有液氦運過來了。”
更嚴重的是，液氦的最大消費群體還不在科研機構，而是在醫院的核磁共振設備。中科院電工所的李曉航副研究員介紹說:“現在醫院的核磁共振成像儀的核心大都是超導磁體，隻有在液氦的低溫下才能穩定運行從而產生穩定的磁場，這樣才能保證高分辨率的成像。”
液氦供應商王國強也證實了這個觀點。他表示，越是精密的低溫超導成像設備往往消耗的液氦越多:“北京天壇醫院的腦磁圖儀每星期都要注兩次液氦，用量達上百升。”核磁共振成像儀的諸多優點讓其成為醫院不可或缺的診斷工具，然而在2007年，由於“伴侶商品”液氦的短缺，一些醫院不得不讓它們停止運行。
汽車加了汽油馬上就可以重新上路，但“醫院的核磁共振成像設備一旦停下來，再啟動就不是件很容易的事”。李曉航說，“首先要注入幾十升的液氦預冷設備，而且很有可能需要重新勻場，超導磁體退磁後重新充磁也要10到15天。等到設備完全正常差不多要等一個月。”
而且對於儀器來說，超導磁體的反複退磁對儀器本身是有損害的。
隨著醫療體係的逐步完善，醫院核磁共振成像設備也越來越多，據上海一家液氦供應公司透露:中國的液氦分銷商已經達到260多家。
位於瑞士的歐洲物理研究所的大型強子對撞機用氦氣罐
一種用途寬泛的稀缺資源
氦氣是一種非常“懶惰”的氣體，不易與別的化學物質發生反應。同時，氦氣也是一種稀缺資源。
不過，美國是幸運的，地球上80%以上的氦資源分布於此，美國的天然氣中氦氣的含量高達7.5%。
由於氦氣在飛船發射、導彈武器工業、低溫超導研究、半導體生產等方麵具有重要用途，中國近年來對氦氣的需求量越來越大。但是受製於氦氣資源匱乏、提取氦氣的成本較高，中國在需求上一直依賴進口。
“中國四川自貢倒是有一些氦氣含量相對較高的天然氣，從中提取出的氦基本就用於潛艇。”中科院理化所的劉立強研究員說。他解釋道:“在水下的高壓環境下，空氣中的氮氣會溶解在潛水員的血液中，在潛水員上浮的過程中隨著壓力的變小，血液中的氮氣便會逸出，形成氣泡阻塞血管，而用到極難溶於水的氦氣與氧氣混合形成的人造空氣，由於氦氣本身的化學惰性，可以讓潛水員較為舒適地在水麵和水下之間往返。”
同時由於氦氣非常“懶惰”，不易與別的化學物質發生反應，它常常被用作電焊和單晶矽生產中的保護氣，避免金屬或者矽被空氣中的氧氣所氧化形成討厭的氧化物。像美國這樣的氦資源富有國家，據統計在其2000年消耗的所有氦氣中，18%用在了焊接上，而16%用作工業的保護氣。
此外，氦氣還被用於飛艇的載氣，在火箭發射中也離不開它的身影。
未來氦氣進口的情況依然不容樂觀。一旦美國收緊液氦的出口，中國現有的許多使用氦氣和液氦的科研項目和醫療項目將受到影響。
氦在太陽上很多
三種途徑解除氦危機
對於美國這樣的“富氦”國家，在相當長的一段時期內似乎不需要考慮“氦資源危機”的問題，但事實上不管是科研工作者還是醫療工作者都在考慮如何麵對這一危機。
最直接的辦法就是節流。王國強告訴《科學新聞》:“現在醫院的核磁共振儀很多自身帶有密閉性很好、防止蒸發的液氦裝置，大大減少了液氦的需求量……先前的一些耗費液氦量大的儀器已經逐漸被淘汰。”
更多的科學家嚐試用其他的製冷方式來代替液氦製冷。劉立強便是其中的一位，他希望用無液氦的製冷機來達到超導磁體的工作溫度。“相對於液氦製冷，製冷機的氦需求量很低（用作製冷機的製冷氣體），製冷機主要通過冷橋與磁體相連，采用的是熱傳導的製冷方式，而液氦主要是將磁體浸泡其中，對流製冷起很大作用。”劉立強說。
然而這種方法目前還沒有真正用於醫用核磁共振儀。有專家表示，液氦製冷的優勢現在比較明顯:製冷效果穩定，對於成像要求條件苛刻的醫用設備，這點很重要。製冷機的穩定性不如液氦，容易受到擾動影響，這對精確成像是不利的。但他也表示，隨著技術的進一步發展、成熟，製冷機代替液氦製冷也並非不可能。
發展高溫超導材料也是另一個可能的途徑。2009年10月18日在合肥舉行的國際磁體技術會議上，高溫超導成為與會專家的熱議話題。尋找優質的高溫超導材料，讓超導磁體能夠在液氮甚至更高的溫度下穩定工作，是核磁共振成像儀擺脫液氦的又一希望所在。
氦液化器，隻能液化氦，不能憑空製造出氦
氦的發現
1868年8月18日，法國天文學家彼埃爾·讓桑（Pierre Janssen）在印度南部觀測日全食時，意外發現太陽光譜裏麵有一條陌生的明亮黃線，英國天文學家約瑟夫·洛基爾（Joseph Lockyer）也獨立地發現了這條黃線,並把這種元素命名為“氦”，它的英語為helium（來自希臘語“太陽”）一詞首音節的音譯。
1895年英國化學家威廉·拉姆塞（William Ramsay）從一種含鈾礦物中分離到氦的時候，讓人們認識到地球上也有氦的分布。而且氦是一種惰性氣體，幾乎不能和其他任何元素化合，而且極難液化。
氦液化器，隻能液化氦，不能憑空製造出氦
張海剛忙著聯係外麵的液氦供應商，因為理化所的液氦不知道什麽時候才能重新送過來。實驗是不能停的，現在的文章還不夠明年畢業的要求。看著身邊忙碌的同學，他心裏很著急。
張海剛在中國科學院物理研究所讀博士，他所進行的分子動力學性質的研究需要在超低溫環境進行，這種低至4.2K的低溫是通過液氦來實現的。
實驗室“斷糧”
物理所的液氦主要來源於兄弟院所——中科院理化所。
理化所研究員劉立強說:“所裏的氦液化器每兩天工作一次，每次工作8個小時，一個星期大概能出1000升液氦。”但是，近幾天所裏的氦液化器出現了故障。據劉立強介紹，上世紀80年代，該所氦液化器產出的液氦能夠供應整個華北地區，但現在，80%的液氦都要先滿足物理所的實驗需要。
為了應對這個隨時可能“罷工”的儀器，物理所在2008年耗資六七十萬元人民幣買了自己的氦液化器。物理所一位實驗人員告訴《科學新聞》:“要等到明年（2010）初，液化器才能真正投入使用，即便是這樣也隻能夠自給自足。”
在中科院，像物理所這樣擁有國家超導重點實驗室的液氦消耗“大戶”並不唯一，經曆過“斷糧”之苦的電工所中科院應用超導重點實驗室的科研人員對此深有體會。為了研究帶材的超導性能和維持超導磁體運行，液氦必不可少，而與物理所不同，電工所的液氦是直接從國內的液氦分銷商手中購買，通常來說，這比從中科院其他研究所購買要便宜。
但就在2007年下半年，超導實驗室的超導實驗停了長達兩個多月。彼時由於美國將氦資源列為戰略儲備資源而限製粗氦產量，美國國內液氦設備大規模停產，這不僅導致了美國自身在日本長島軍事基地的需氦設備被迫關閉，而且累及到中國的液氦進口，液氦的價格更是一度飆升到300元/升。
隨著醫療體係的逐步完善，醫院核磁共振成像設備也越來越多
醫院麵臨問題
回憶起2007年下半年的液氦斷貨情形，一家液氦供應商的負責人王國強記憶猶新:“不斷有人打聽什麽時候能買到液氦。每天都要向顧客解釋不是為了抬價，確實是美國那邊沒有液氦運過來了。”
更嚴重的是，液氦的最大消費群體還不在科研機構，而是在醫院的核磁共振設備。中科院電工所的李曉航副研究員介紹說:“現在醫院的核磁共振成像儀的核心大都是超導磁體，隻有在液氦的低溫下才能穩定運行從而產生穩定的磁場，這樣才能保證高分辨率的成像。”
液氦供應商王國強也證實了這個觀點。他表示，越是精密的低溫超導成像設備往往消耗的液氦越多:“北京天壇醫院的腦磁圖儀每星期都要注兩次液氦，用量達上百升。”核磁共振成像儀的諸多優點讓其成為醫院不可或缺的診斷工具，然而在2007年，由於“伴侶商品”液氦的短缺，一些醫院不得不讓它們停止運行。
汽車加了汽油馬上就可以重新上路，但“醫院的核磁共振成像設備一旦停下來，再啟動就不是件很容易的事”。李曉航說，“首先要注入幾十升的液氦預冷設備，而且很有可能需要重新勻場，超導磁體退磁後重新充磁也要10到15天。等到設備完全正常差不多要等一個月。”
而且對於儀器來說，超導磁體的反複退磁對儀器本身是有損害的。
隨著醫療體係的逐步完善，醫院核磁共振成像設備也越來越多，據上海一家液氦供應公司透露:中國的液氦分銷商已經達到260多家。
位於瑞士的歐洲物理研究所的大型強子對撞機用氦氣罐
一種用途寬泛的稀缺資源
氦氣是一種非常“懶惰”的氣體，不易與別的化學物質發生反應。同時，氦氣也是一種稀缺資源。
不過，美國是幸運的，地球上80%以上的氦資源分布於此，美國的天然氣中氦氣的含量高達7.5%。
由於氦氣在飛船發射、導彈武器工業、低溫超導研究、半導體生產等方麵具有重要用途，中國近年來對氦氣的需求量越來越大。但是受製於氦氣資源匱乏、提取氦氣的成本較高，中國在需求上一直依賴進口。
“中國四川自貢倒是有一些氦氣含量相對較高的天然氣，從中提取出的氦基本就用於潛艇。”中科院理化所的劉立強研究員說。他解釋道:“在水下的高壓環境下，空氣中的氮氣會溶解在潛水員的血液中，在潛水員上浮的過程中隨著壓力的變小，血液中的氮氣便會逸出，形成氣泡阻塞血管，而用到極難溶於水的氦氣與氧氣混合形成的人造空氣，由於氦氣本身的化學惰性，可以讓潛水員較為舒適地在水麵和水下之間往返。”
同時由於氦氣非常“懶惰”，不易與別的化學物質發生反應，它常常被用作電焊和單晶矽生產中的保護氣，避免金屬或者矽被空氣中的氧氣所氧化形成討厭的氧化物。像美國這樣的氦資源富有國家，據統計在其2000年消耗的所有氦氣中，18%用在了焊接上，而16%用作工業的保護氣。
此外，氦氣還被用於飛艇的載氣，在火箭發射中也離不開它的身影。
未來氦氣進口的情況依然不容樂觀。一旦美國收緊液氦的出口，中國現有的許多使用氦氣和液氦的科研項目和醫療項目將受到影響。
氦在太陽上很多
三種途徑解除氦危機
對於美國這樣的“富氦”國家，在相當長的一段時期內似乎不需要考慮“氦資源危機”的問題，但事實上不管是科研工作者還是醫療工作者都在考慮如何麵對這一危機。
最直接的辦法就是節流。王國強告訴《科學新聞》:“現在醫院的核磁共振儀很多自身帶有密閉性很好、防止蒸發的液氦裝置，大大減少了液氦的需求量……先前的一些耗費液氦量大的儀器已經逐漸被淘汰。”
更多的科學家嚐試用其他的製冷方式來代替液氦製冷。劉立強便是其中的一位，他希望用無液氦的製冷機來達到超導磁體的工作溫度。“相對於液氦製冷，製冷機的氦需求量很低（用作製冷機的製冷氣體），製冷機主要通過冷橋與磁體相連，采用的是熱傳導的製冷方式，而液氦主要是將磁體浸泡其中，對流製冷起很大作用。”劉立強說。
然而這種方法目前還沒有真正用於醫用核磁共振儀。有專家表示，液氦製冷的優勢現在比較明顯:製冷效果穩定，對於成像要求條件苛刻的醫用設備，這點很重要。製冷機的穩定性不如液氦，容易受到擾動影響，這對精確成像是不利的。但他也表示，隨著技術的進一步發展、成熟，製冷機代替液氦製冷也並非不可能。
發展高溫超導材料也是另一個可能的途徑。2009年10月18日在合肥舉行的國際磁體技術會議上，高溫超導成為與會專家的熱議話題。尋找優質的高溫超導材料，讓超導磁體能夠在液氮甚至更高的溫度下穩定工作，是核磁共振成像儀擺脫液氦的又一希望所在。
氦液化器，隻能液化氦，不能憑空製造出氦
氦的發現
1868年8月18日，法國天文學家彼埃爾·讓桑（Pierre Janssen）在印度南部觀測日全食時，意外發現太陽光譜裏麵有一條陌生的明亮黃線，英國天文學家約瑟夫·洛基爾（Joseph Lockyer）也獨立地發現了這條黃線,並把這種元素命名為“氦”，它的英語為helium（來自希臘語“太陽”）一詞首音節的音譯。
1895年英國化學家威廉·拉姆塞（William Ramsay）從一種含鈾礦物中分離到氦的時候，讓人們認識到地球上也有氦的分布。而且氦是一種惰性氣體，幾乎不能和其他任何元素化合，而且極難液化。
氦液化器，隻能液化氦，不能憑空製造出氦
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