氦

氦是宇宙中第二丰富的元素，是一种惰性气体，是超导体冷却、医疗MRI、航天工业等领域不可或缺的资源。

氦

概述

氦（Helium，元素符号 He）是元素周期表中的第2号元素，是一种无色、无臭、无味的惰性气体。其沸点为-268.93°C，是所有元素中最低的。液氦用于超导体冷却、MRI（磁共振成像）、半导体制造、航天火箭燃料箱加压等尖端技术和医疗领域，是必不可少的物质。地球大气中含量极低，约为5.2ppm（体积比），但在宇宙中，其丰度仅次于氢。

主要内容

发现与历史

氦于1868年由法国天文学家皮埃尔·让森（Pierre Janssen）在印度观测日全食时，从太阳光谱中发现一条黄线而首次被确认。同年，英国天文学家诺曼·洛克耶（Norman Lockyer）和爱德华·弗兰克兰（Edward Frankland）将该谱线认定为一种新元素，并以希腊太阳神赫利俄斯（Helios）的名字命名为“氦”。在地球上，氦于1895年由苏格兰化学家威廉·拉姆齐（William Ramsay）从沥青铀矿（一种铀矿物）中分离出来。

物理与化学性质

原子序数：2
原子量：4.002602 u
密度：0.1785 g/L（0°C，1 atm）——约为空气的1/7
沸点：-268.93°C（4.22 K）
熔点：-272.2°C（0.95 K，26 atm下）——在常压下，直至绝对零度仍保持液态
惰性：反应性最低的元素，几乎不形成化合物。但在极低温、高压下，已报道有氦-氖化合物（HeNe）等。
超流性：液氦-4在2.17 K以下会变为超流体（粘度为0的流体），并表现出沿容器壁爬升的现象（喷泉效应）。

生产与供应

氦主要通过从天然气田中开采，这些天然气田中的氦是由铀和钍的放射性衰变积累形成的。全球最大的氦生产国是美国（特别是得克萨斯州、堪萨斯州、俄克拉荷马州）、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯等。美国联邦氦储备库（BLM）曾管理着全球约30%的供应量，但自2021年私有化后，市场波动性增大。氦通过低温液化（约-269°C）后用罐车运输，并提纯至高纯度（99.999%以上）。

主要用途

1. 医疗：用于MRI（磁共振成像）扫描仪中超导磁体的冷却。约占全球氦消费量的30%。

2. 半导体与电子：在硅晶圆制造过程中用作保护气体、冷却剂和检漏气体。

3. 航天与航空：用于火箭燃料箱加压（特别是液氢、液氧）、气体阀门操作、卫星冷却。

4. 焊接与冶金：用作电弧焊的屏蔽气体（与氩混合）、钛铝合金的制造。

5. 科学研究：用于低温物理实验、粒子加速器（如CERN LHC）冷却、核磁共振（NMR）波谱仪。

6. 其他：气象观测气球（无线电探空仪）、潜水用混合气体（三混气）、气球和飞艇的浮升气体。

环境与经济重要性

氦在地球上是不可再生资源，一旦释放到大气中，由于重力小，会永久逃逸到太空。因此，氦被归类为“战略性稀缺资源”，价格波动剧烈。自2010年代以来，多次发生氦短缺危机（Helium Shortage），对研究和医疗领域造成了影响。虽然已开发出回收技术（液氦再液化系统），但仍有超过70%的消费量未被回收而损失到大气中。

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