在我們生活銀河系中,氦僅次于氫的元素。氦元素的發現還得追溯到1868 年日全蝕,人們透過觀測太陽之未知的亮黃色發射光譜線(波長為5587.5奈米)才首次發現了氦,直到1882 年人類才發現地球上的氦元素。首次大量氦氣的製造則是1903 年美國開發西南部天然氣田時,提煉過程產生之副產品,其來源為重放射性元素的自然放射性α衰變(alpha-decay),例如鈾– 238 會衰變成α粒子(氦– 4 原子核)及釷– 234(反應式為238U →4He+234Th),氦陷于天然氣中形成。美國西南部天然氣田中有高含量氦,約0.3~2.7%。
國內有些地方不產氦氣,所需氦氣及液氦均由氣體公司,如法液空、普萊克斯、大洋日酸等子公司從國外母公司將氦氣液化后,用液氦低溫儲存槽以海運方式進口,主要供醫院、工業界及研究單位使用。
氦氣的基本性質
荷蘭物理學家翁內斯于1908年首度成功的將氦氣液化,氦氣在1大氣壓時的液化溫度為凱氏絕對溫度4.2 度(4.2K ,即攝氏負269 度),他于1911 年利用液態氦冷卻,以測量元素金屬電阻隨溫度之變化時,發現了汞金屬在4.2K的超導性以及超導體的電流在臨界電流以下時,電阻為零、無能量損耗。翁內斯因此二項貢獻于1913年榮獲諾貝爾物理獎。
紐瑞德氣體專家表示在1975 年的美國圣地牙哥加州大學,液氦低溫保持器仍用玻璃杜爾瓶製造,可以清楚看到無色透明的液氦。用玻璃杜爾瓶裝液氦,可以很容易看到2.17 K 相變,將4.2 K 液氦表面蒸汽用真空泵慢慢抽走,液氦就會因蒸發而冷卻,在正常液體相時因熱傳導率有限,液體內部和表面有溫度梯度,蒸發時會看到液體沸騰。但當溫度降到2.17 K 時,液氦相變為「超流相」,熱傳導率變成無限大,液體內部和表面沒有溫度差,透過玻璃可以很清楚看到沸騰消失,非常有趣。
液氦因質量輕,交互作用弱,基態動能(零點能量)大,在1大氣壓時即使冷到絕對溫度零度也不會結晶成固體,必需加壓到34 大氣壓才會結晶為固態。其固體有多種不同的晶體結構,這些固態氦因零點能量仍大,稱為量子固體。
氦氣的用途
氦氣質量輕,且為惰性氣體,密度為0.1786 克∕公升 (0℃, 1大氣壓),雖比氫氣重但接觸空氣不會爆炸,可用于填充氣球及氦氣船(airship),不會發生1 9 3 7 年德國興登堡號氫氣船爆炸之危險。反觀目前國內仍有業者使用氫氣來填充氣球,這是不安全的。事實上,氣球填充只是氦氣應用之極小部份,氦氣在醫療或工業上均極有價值。
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