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现代社会离不开的多用气体-氦气

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-07-28 10:58:00【

  在我们生活银河系中,氦仅次于氢的元素。氦元素的发现还得追溯到1868 年日全蚀,人们透过观测太阳之未知的亮黄色发射光谱线(波长为5587.5奈米)才首次发现了氦,直到1882 年人类才发现地球上的氦元素。首次大量氦气的製造则是1903 年美国开发西南部天然气田时,提炼过程产生之副产品,其来源为重放射性元素的自然放射性α衰变(alpha-decay),例如铀– 238 会衰变成α粒子(氦– 4 原子核)及钍– 234(反应式为238U →4He+234Th),氦陷于天然气中形成。美国西南部天然气田中有高含量氦,约0.3~2.7%。

 

  国内有些地方不产氦气,所需氦气及液氦均由气体公司,如法液空、普莱克斯、大洋日酸等子公司从国外母公司将氦气液化后,用液氦低温储存槽以海运方式进口,主要供医院、工业界及研究单位使用。

 

  氦气的基本性质

 

  荷兰物理学家翁内斯于1908年首度成功的将氦气液化,氦气在1大气压时液化温度为凯氏绝对温度4.2 度(4.2K ,即摄氏负269 度),他于1911 年利用液态氦冷却,以测量元素金属电阻随温度之变化时,发现了汞金属在4.2K的超导性以及超导体的电流在临界电流以下时,电阻为零、无能量损耗。翁内斯因此二项贡献于1913年荣获诺贝尔物理奖。

 

  纽瑞德气体专家表示在1975 年美国圣地牙哥加州大学液氦低温保持器仍用玻璃杜尔瓶製造,可以清楚看到无色透明的液氦。用玻璃杜尔瓶装液氦,可以很容易看到2.17 K 相变,将4.2 K 液氦表面蒸汽用真空泵慢慢抽走,液氦就会因蒸发而冷却,在正常液体相时因热传导率有限,液体内部和表面有温度梯度,蒸发时会看到液体沸腾。但当温度降到2.17 K 时,液氦相变为「超流相」,热传导率变成无限大,液体内部和表面没有温度差,透过玻璃可以很清楚看到沸腾消失,非常有趣。

 

  液氦因质量轻,交互作用弱,基态动能(零点能量)大,在1大气压时即使冷到绝对温度零度也不会结晶成固体,必需加压到34 大气压才会结晶为固态。其固体有多种不同的晶体结构,这些固态氦因零点能量仍大,称为量子固体

 

  氦气的用途

 

  氦气质量轻,且为惰性气体,密度为0.1786 克∕公升 (0℃, 1大气压),虽比氢气重但接触空气不会爆炸,可用于填充气球及氦气船(airship),不会发生1 9 3 7 年德国兴登堡号氢气船爆炸之危险。反观目前国内仍有业者使用氢气来填充气球,这是不安全的。事实上,气球填充只是氦气应用之极小部份,氦气在医疗或工业上均极有价值

 

  氦气的购买

 

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