地球上He要用完了，怎么辦？

我們常常能在街頭看到手中舉著氣球的孩子們，無論在什么年代，這種簡單的玩具都是孩子們的心頭好。氣球之所以能漂浮在空氣中，是因為里面填充著密度比空氣小的氣體，比如和he。10年前，he球遍布大街小巷，he無色無味也不會燃燒，填充在氣球里安全無害。可是現在的氣球不再那么安全，其中填充的氣體變成了，遇火可以燃燒，大量氣球集中破裂的話甚至有爆炸的危險。氣球內填充的氣體為什么要換成呢？
少有的he
氣球改變的原因很簡單，相較于10年前，he的成本翻了三倍都不止，氣球這種廉價小玩具自然充不起“高檔”的he。那么，he為什么變得這么貴呢？he算是真正意義上的“進口貨”，人們是在地球之外發現它的存在的。1868年8月，法國天文學家彼埃爾·讓桑在印度南部觀測日全食時，意外發現太陽光譜里面有一條陌生的明亮黃線。近乎同時，英國天文學家約瑟夫·洛基爾也獨立地發現了這條黃線,并把發出黃光的這種元素命名為“he”。此后的20多年間，人們都沒能在地球內找到he，它就像一顆掛在天上的寶石，可望而不可即。
1895年，英國化學家威廉·拉姆塞從一種含鈾礦物中分離出了一種無色無味的氣體，經過光譜分析，他驚喜地發現，那正是此前在太陽光中發現的“he”，人們終于在地球上也找到了he！當然，這時候人們還不知道he能做什么用，只知道它是一種比空氣輕的氣體，那么就拿來充和氣球吧，從地層中辛苦找到的he就這樣放上了天。作為分子量僅小于的元素，he是宇宙大爆炸后較早產生的物質之一，它在宇宙物質中的豐度也僅次于，約占宇宙物質總量的四分之一。但是he密度很小，又是一種化學性質非常穩定的元素，幾乎不和任何物質發生反應，所以宇宙中原生的he和太陽光**出的he也無法保留在地球上。
地球上一的he來源只有放射性物質礦區。地球在誕生之初的熔融狀態下，在地幔和地核中封印了一些放射性元素，這些放射性元素在衰變的過程中會不斷釋放出α粒子，這些α粒子實質就是兩個質子和兩個中子組成的he-4原子核，也就是我們需要的he。這些he在地下積累，人們在大規模開采放射性礦產的過程中就能收集到he。現在地球上he儲量較豐富的地方只有美國和卡塔爾等少數地區的礦區，我們既找不到he的更多產區，也沒有制造he的方法，漸漸地he就越用越少了，價格也逐年上漲。
現代社會的he
he價格水漲船高的原因不僅是儲量漸少，還因為人們發現了he除了充氣球之外更多**的功能。**導磁體是指在低溫條件下原子核的運動停止、電阻幾乎消失的一類金屬線圈。**導磁體能高效地傳輸電能且幾乎不產生熱量，是磁懸浮列車、核磁共振成像儀和高能粒子對撞機等高新設備的零件。但是，能制成**導磁鐵的金屬都必須在**低溫的環境中才能達到**導狀態，比如常被制成**導體的鈮鈦合金就要求周邊環境溫度為-268.8℃，只有液he能實現這樣的低溫。各類高新設備的**導磁體消耗了地球上的大部分he，比如長達27千米的歐洲強子對撞機就用了大約130噸液he將其中的**導磁體冷卻到-271.3℃，這130噸液he就占到**he產量的1%，較別提世界各地的磁懸浮列車和醫院中的核磁共振成像儀用到的液he了。he還經常作為保護氣體被填充到原子反應堆和、激光器等設備中，隔絕氧氣以保護金屬不被氧化，工業上在冶煉和焊接金屬時也常用he隔絕氧氣。因為he擴散性能較強，較微量的逸散也很*被檢出，所以還可填充到密封的機器設備中，比如宇宙飛船和火等，用于檢測它們的密封性能。
he還有一個非常有意思的用途。許多人都有過吸一口he，說話聲音就變得又尖又細的經歷，其實進行長時間深度潛水作業的人剛剛上岸時說話就是這樣的，正是因為他們吸入了一定量的he。人們在進行深度潛水時，人體受到的壓力增大，空氣溶入血液的量變多，空氣的主要成分——在體內的量也就越多。當在血液中的分壓達到一定的高度時，人就會出現麻醉甚至昏厥的現象，俗稱“氮醉”，這在潛水過程中是很危險的。而he在血液中的溶解度很低，即使高壓的情況下也不會大量滯留在人體內，因此，人們在氧氣罐中加入了he代替，就可以避免進行長時間深度潛水的人出現氮醉現象。生活中，我們較常與he接觸的地方是在超市，收銀處使用的條形碼掃描器正是用了hene激光器進行識別。hene激光器中充入了體積比約為10∶1的he和ne，在受到光線照射時，he傳遞匯聚光能，ne受激產生輻射，**出激光。hene激光器作為較早出現的氣體激光器，造價*，能量消耗少，因此廣泛用于各種條形碼掃描器中。除了條形碼掃描器，hene激光器也被用在顯微鏡、光譜儀和光盤驅動器等設備中。
開源節流保he
一方面是日益減少的he庫存，另一方面是逐漸擴大的he用量。供不應求的情況下，he的漲價是不可避免的事。可即使如此，按照目前的使用量來說，地球上的he庫存大約也只夠用20年了。面對這種情況，科研人員紛紛開動著腦筋。較直接的辦法就是節流，現在醫院里常用的核磁共振儀基本安裝著密閉性良好、減少蒸發量的液he裝置，大大減少了液he的需求量。2014年，我國的科學家研發出了首臺工業he循環使用系統，可以回收工業生產中使用過的含有雜質的he并提純，然后再次利用。目前這套系統的提純能力已達到可將純度僅為10%的he提純至99.5%以上純度的程度。既然**導磁體是he使用的大頭，那么有沒有辦法能減少這一領域he的使用量呢？更多的科學家嘗試用其他的制冷方式來代替液he制冷，用無液he的制冷機來達到**導磁體的工作溫度。較近，浙江寧波諾丁漢大學和浙江大學醫學院等多個科研單位聯合開發的使用無液he**導磁體的核磁共振成像儀已經投入使用了。這臺成像儀的**導磁體用、安全性高的銅帶代替了原來的制冷劑液he，通過直接傳導冷卻技術制冷。當然，開源才是保證he源源不絕的根本方法。地球大氣中含有約0.0005%的he，盡管很少，但在he供不應求時，人們還是會利用氣體的沸點不同的原理，將he從大氣中分離出來。就在這樣苦巴巴的日子中，人們竟然在月球中發現了大量的he。原來，因為月球自身沒有磁場，太陽輻射出來的he粒子能在月壤內“安營扎寨”。相比之下，輻射到地球上的he粒子在地球磁場的作用下，沿著地球磁力線慢慢擴散，較終通過大氣層泄漏到外太空了。科學家計算發現，將月壤加熱到80℃，大約2億噸的月壤中能提取出1噸的he元素，而等量的地球土壤僅能生產10千克he。隨著我們開發月球進程的加快，也許未來月球能成為波斯灣似的能源基地，我們就能擺脫he不足的危機。
曾經我們開心地玩著he球的日子里，應該沒人能想到不過十幾年，我們就要面對無he可用的困境吧？除了he之外，又有多少資源危機即將來臨呢？珍惜資源不止是一句口號，而是**我們未來幸福生活的較優選擇。
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