:人类正在轻率地浪费一种重要的、不可再生的资源:氦
是什么使得历经了几亿年才创造出来的物质被浪费在了派对气球上?
数亿年来 , 地球表面下积累着一种自然资源 , 它在人类社会的一些重要的科学和医学中发挥着关键作用:从核磁共振成像仪到超导电性、到粒子加速器、再到创造地球最强的磁场 。没有任何已知的物质可以替代这种资源 , 这是真正不可替代的 。
同样 , 我们也没有什么方法来合成这种基本元素 , 我们只有地球地质历史上自然形成的物质 。这个资源是什么呢?自然界最轻的惰性气体——氦 。但我们却不是因为急需的医疗和科学用途而开采、存储和分配这些资源 , 而是挥霍在吱吱作响的气球上 。这也是为什么要停止浪费的原因 。
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在美国天然氦储量丰富的地方 , 形成了一个广阔的氦工厂和管道网络 。但如果我们不保护它 , 未来就注定要生活在一个氦资源贫瘠的国家 。而且 , 需要数亿年地球才能自然地补充它的氦储备 。
当氦在地球上被发现时 , 它独特的性质便即刻为它提供了无数的科学用途 。它比空气轻 , 所以可以用于浮升甚至悬浮;它不活泼也不易发生反应 , 所以可以在高温和富氧的环境下使用而不会有爆炸的风险;声音在其中的速度是在空气中的三倍 , 这就有了声学中的应用 。
它最重要的性质也许是:在标准大气压和低温条件下 , 它会液化但不会固化 , 使其成为粒子加速器、核磁共振成像仪和超导体的终极冷却剂 。在足够低的温度下 , 氦会成为一种超流体:一种非常罕见的没有摩擦和粘性的物质状态 。在运动中的超流体没有能量损失 , 将永远保持运动状态 。
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氦独特的极低温条件下的液态特性和它的超流体特性 , 使得它更适用于一系列的科学应用 , 是其他一系列元素、化合物不可比拟的 。超流体的氦是滴落状态的 , 因为没有摩擦力的阻碍它能沿容器壁向上流动、溢出 , 这是个自发的过程 。
【:人类正在轻率地浪费一种重要的、不可再生的资源:氦】虽然氦是宇宙中含量第二丰富的元素 , 但在地球表面却极为有限 。它位于元素周期表的第二位 , 由于最初是通过分光镜在太阳上发现的 , 所以以古希腊太阳神赫利俄斯(Helios)的名字命名 。直到1882年 , 我们才在维苏威火山喷发的熔岩中发现了同样独特的光谱线 。
几年后 , 科学家们用化学的方法处理火成岩 , 将惰性气体从原子中分离出来 , 从而在实验室中分离得到氦 。很难想象 , 这个在宇宙中如此常见的元素 , 在地球上却这样罕见 , 但只要通过一点点科学的了解 , 就能直到是为什么 。
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现代高场强的临床核磁共振扫描仪的磁场强度可以达到3T , 这个强度只能通过超导磁体来实现 , 而液氦是制作超导磁体的必要物 。
在太阳系的早期阶段 , 氦元素非常丰富 。气体组成的巨大分子云坍塌、破碎 , 形成了我们的太阳系和行星 , 其中大部分由氢(70%)和氦(28%)组成 , 其他元素只占一小部分 。大部分物质被引力吸引到中心 , 最终形成了太阳 , 剩下的大部分物质分布在一个原行星盘里 。
当行星开始演变成型时 , 重力将所有的元素包括氢和氦吸引到那些巨大的团块中 。由于密度的作用方式 , 较重的元素下沉地核 , 较轻的元素则在地壳和大气的顶层盘绕 。在气态巨行星上 , 有足够的质量来容纳氢和氦 , 但它们在地球上恐怕没有立足之地 。
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