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前段時間去觀測（亞毫米波段），有一天，接收機制冷的液氦耗盡，接收機溫度上升了1000倍，無法觀測。最近赫歇爾望遠鏡耗盡了冷卻劑——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磁體也要靠液氦冷卻（）。

中學的時候?qū)W過液氮的制備，就是將空氣液化。原來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。后來逐漸知道氦氣，實際中，氦氣是從天然氣中分離的。天然氣中氦氣的含量可以高達7%（體積分數(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)生了地熱，而通常阿爾法粒子，也就是氦原子，是衰變產(chǎn)物之一。按300K可以計算氦原子的熱運動速度大約為25千米每秒甲醇報警器，超過地球的逃逸速度，所以大氣中的氦原子會慢慢離開地球。在沒有掌握從太空獲取氦氣的技術和可控聚變技術之前，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格較低的。

按照果殼網(wǎng)的說法，美國在上世紀初建立氦氣的戰(zhàn)略儲備，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)略儲備就顯得不那么重要的。美國聯(lián)邦政府決定2015年廢棄氦氣戰(zhàn)略儲備庫臭氧檢測儀，而在此前會廉價賣掉所有氦氣，這也是目前氦氣價格較低的原因。在此情況下，很多氦氣都被用來充氣球了。有科學家呼吁靜止這樣浪費氦氣（）。

那么氦氣（液氦）真的沒有什么重要性么？我們從兩個方面來分析這個問題，一是現(xiàn)代社會需要多少氦氣，另一方面是我們能不能提供足夠的氦氣。

現(xiàn)代社會需要多少氦氣不是我能準確回答的問題，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，一臺接收機每天大約需要3升液氦，如果密封做得好，需求量可能更低，所以按1升量級來估計。一臺毫米波和/亞毫米波望遠鏡通常有5臺左右接收機，按5臺算。目前世界上已建成和準備建設的毫米波/亞毫米望遠鏡大約有100臺，所以為了進行觀測，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/亞毫米波觀測每天所需的氦氣大約是500立方米。算上其他波段天文觀測的需求，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立方米氦氣需要開采20萬立方米天然氣。天然氣開采大國俄羅斯平均每天的天然氣開采量是20億立方米。假設從所有這些天然氣中提取氦氣，所能供給的氦氣能滿足10000個射電天文這樣的領域。但是氦氣的使用非常廣泛，提供強磁場的超導磁體（高溫超導還沒有足夠好的性能）需要液氦制冷，這些磁體除了用于LHC（大型強子對撞機），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，液氦需求量應該不小于射電天文的需求。我沒有確切估計氦氣，但是如果認為LHC和核磁共振儀對液氦的需求和射電天文相當，那么以目前的天然氣開采量，是可以滿足科技對氦氣的需求的。但是，和天然氣一樣，氦氣的生成也是需要時間的，所以可以認為氦氣是不可再生的，總有一天會像天然氣那樣開采殆盡。

說了半天氦氣的需求和氦氣的開采，有沒有繞過這個問題的途徑？比如，我們有沒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，那么我們就無法用壓縮機在此溫度下制冷，也就是說氦無法替代。那么有沒有別的制冷方法呢？或許會有，畢竟玻色-愛因斯坦就是通過激光制冷實現(xiàn)的，但是這對于接收機和超導磁體的制冷可能是不實用的。此外，溫差電效應也可以用于制冷，只是不知道在1K左右還有沒有這樣的效應。

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，也就是說我們無法通過化學方法獲得氦氣。我們可以通過氫的聚變獲得氦，但目前還沒有實現(xiàn)可控的核聚變。如果實現(xiàn)了可控核聚變，對于50MW的核聚變反應堆，每天能產(chǎn)生的氦大約是1千克（10立方米）的量級，但是供給射電天文就需要100個核聚變反應堆。所以，那種認為有了核聚變反應堆，氦就會變成垃圾的論調(diào)是不可信的。

鑒于我國正在大力發(fā)展科學技術，且我國天然氣儲量相對不高，在未能發(fā)展出新的超低溫冷卻技術以及太空氦收集技術的情況下，我國應該建立氦氣儲備，并進行超低溫制冷技術的研究（不知道在1K左右有沒有溫差電效應）。

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