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前段時(shí)間去觀測(cè)（亞毫米波段），有一天，接收機(jī)制冷的液氦耗盡，接收機(jī)溫度上升了1000倍，無(wú)法觀測(cè)。最近赫歇爾望遠(yuǎn)鏡耗盡了冷卻劑——液氦，不得不停止了工作。從果殼網(wǎng)上獲知醫(yī)用核磁共振成像所用超導(dǎo)磁體也要靠液氦冷卻（）。

中學(xué)的時(shí)候?qū)W過(guò)液氮的制備，就是將空氣液化。原來(lái)我一直以為液氦也是從空氣中獲取的，雖然我知道空氣中氦的含量很低。后來(lái)逐漸知道氦氣，實(shí)際中，氦氣是從天然氣中分離的。天然氣中氦氣的含量可以高達(dá)7%（體積分?jǐn)?shù)，但通常的天然氣中氦氣的含量只有0.5%）。這是可以理解的，地幔和地殼中有放射性元素，其衰變產(chǎn)生了地?zé)幔ǔ０柗Ｗ樱簿褪呛ぴ樱撬プ儺a(chǎn)物之一。按300K可以計(jì)算氦原子的熱運(yùn)動(dòng)速度大約為25千米每秒甲醇報(bào)警器，超過(guò)地球的逃逸速度，所以大氣中的氦原子會(huì)慢慢離開(kāi)地球。在沒(méi)有掌握從太空獲取氦氣的技術(shù)和可控聚變技術(shù)之前，我們大概只能從地下和大氣獲取氦氣，而只有從地下獲取氦氣是價(jià)格較低的。

按照果殼網(wǎng)的說(shuō)法，美國(guó)在上世紀(jì)初建立氦氣的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，最初的目的是供飛艇使用。如今飛艇已經(jīng)很少用于軍事用途，所以氦的戰(zhàn)略儲(chǔ)備就顯得不那么重要的。美國(guó)聯(lián)邦政府決定2015年廢棄氦氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)臭氧檢測(cè)儀，而在此前會(huì)廉價(jià)賣(mài)掉所有氦氣，這也是目前氦氣價(jià)格較低的原因。在此情況下，很多氦氣都被用來(lái)充氣球了。有科學(xué)家呼吁靜止這樣浪費(fèi)氦氣（）。

那么氦氣（液氦）真的沒(méi)有什么重要性么？我們從兩個(gè)方面來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題，一是現(xiàn)代社會(huì)需要多少氦氣，另一方面是我們能不能提供足夠的氦氣。

現(xiàn)代社會(huì)需要多少氦氣不是我能準(zhǔn)確回答的問(wèn)題，我試圖從我知道的方面嘗試給出氦氣需求量的下限。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，一臺(tái)接收機(jī)每天大約需要3升液氦，如果密封做得好，需求量可能更低，所以按1升量級(jí)來(lái)估計(jì)。一臺(tái)毫米波和/亞毫米波望遠(yuǎn)鏡通常有5臺(tái)左右接收機(jī)，按5臺(tái)算。目前世界上已建成和準(zhǔn)備建設(shè)的毫米波/亞毫米望遠(yuǎn)鏡大約有100臺(tái)，所以為了進(jìn)行觀測(cè)，每天所需的液氦大約是500升。液氦密度大約是0.125千克每升，氦氣的密度大約是0.178克每升，所以，氦氣的密度大約是液氦的千分之一。毫米波/亞毫米波觀測(cè)每天所需的氦氣大約是500立方米。算上其他波段天文觀測(cè)的需求，按兩倍算，每天的氦氣需求量為1000立方米。按照天然氣中含0.5%氦氣算，為獲得1000立方米氦氣需要開(kāi)采20萬(wàn)立方米天然氣。天然氣開(kāi)采大國(guó)俄羅斯平均每天的天然氣開(kāi)采量是20億立方米。假設(shè)從所有這些天然氣中提取氦氣，所能供給的氦氣能滿足10000個(gè)射電天文這樣的領(lǐng)域。但是氦氣的使用非常廣泛，提供強(qiáng)磁場(chǎng)的超導(dǎo)磁體（高溫超導(dǎo)還沒(méi)有足夠好的性能）需要液氦制冷，這些磁體除了用于LHC（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)），還用于醫(yī)院中的核磁共振儀。按照LHC的規(guī)模和核磁共振儀的數(shù)量，液氦需求量應(yīng)該不小于射電天文的需求。我沒(méi)有確切估計(jì)氦氣，但是如果認(rèn)為L(zhǎng)HC和核磁共振儀對(duì)液氦的需求和射電天文相當(dāng)，那么以目前的天然氣開(kāi)采量，是可以滿足科技對(duì)氦氣的需求的。但是，和天然氣一樣，氦氣的生成也是需要時(shí)間的，所以可以認(rèn)為氦氣是不可再生的，總有一天會(huì)像天然氣那樣開(kāi)采殆盡。

說(shuō)了半天氦氣的需求和氦氣的開(kāi)采，有沒(méi)有繞過(guò)這個(gè)問(wèn)題的途徑？比如，我們有沒(méi)有可以代替液氦的制冷劑或制冷方法，我們能不能生產(chǎn)氦氣？

目前，氦可能還是唯一在1K左右不會(huì)變?yōu)楣腆w的物質(zhì)，如果我們不能找到其他的1K溫度下的流體，那么我們就無(wú)法用壓縮機(jī)在此溫度下制冷，也就是說(shuō)氦無(wú)法替代。那么有沒(méi)有別的制冷方法呢？或許會(huì)有，畢竟玻色-愛(ài)因斯坦就是通過(guò)激光制冷實(shí)現(xiàn)的，但是這對(duì)于接收機(jī)和超導(dǎo)磁體的制冷可能是不實(shí)用的。此外，溫差電效應(yīng)也可以用于制冷，只是不知道在1K左右還有沒(méi)有這樣的效應(yīng)。

那么我們能不能生產(chǎn)氦氣呢？首先氦氣，氦是惰性的，所以幾乎總是以單質(zhì)形式存在，也就是說(shuō)我們無(wú)法通過(guò)化學(xué)方法獲得氦氣。我們可以通過(guò)氫的聚變獲得氦，但目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)可控的核聚變。如果實(shí)現(xiàn)了可控核聚變，對(duì)于50MW的核聚變反應(yīng)堆，每天能產(chǎn)生的氦大約是1千克（10立方米）的量級(jí)，但是供給射電天文就需要100個(gè)核聚變反應(yīng)堆。所以，那種認(rèn)為有了核聚變反應(yīng)堆，氦就會(huì)變成垃圾的論調(diào)是不可信的。

鑒于我國(guó)正在大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，且我國(guó)天然氣儲(chǔ)量相對(duì)不高，在未能發(fā)展出新的超低溫冷卻技術(shù)以及太空氦收集技術(shù)的情況下，我國(guó)應(yīng)該建立氦氣儲(chǔ)備，并進(jìn)行超低溫制冷技術(shù)的研究（不知道在1K左右有沒(méi)有溫差電效應(yīng)）。

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