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氦飞船： 大多数人听说过氦气被用作气象气球，飞艇和派对气球的举升气体。这些是氦的极小用途。消耗比其他任何氦气都多的氦气正在冷却医疗设施中MRI（磁共振成像）机器中的磁体。固特异飞艇照片，作者：德里克·詹森（Derek Jensen）。
什么是氦气？
氦是一种化学元素，是一种无色，无味，无味的惰性气体。它具有所有元素中最小的原子半径，且原子量第二低。它比空气轻。
大多数人都知道，氦气被用作飞艇和派对气球中的起重气体，但他们无法说出另一种使用方式。氦气的首要用途是用作医疗设施中磁共振成像（MRI）机器的冷却气体。氦气的其他重要用途包括：用于焊接的保护气体，用于受控气氛制造的惰性气体，用于泄漏检测的逃逸性气体以及用于加压呼吸混合物的低粘度气体。
氦气从哪里来？
地球大气中几乎没有氦气。它是如此轻巧，以至于地球引力无法支撑它。当存在于地球表面时，无约束氦气立即开始上升，直到它逸出行星。那就是为什么派对气球升起！
商业生产的氦气是从地面获得的。一些天然气田中混合了足够多的氦气，因此可以经济的方式将其提取。在美国，有些田地的氦气含量超过7％。在这些地区钻探天然气的公司生产天然气，进行处理并去除副产品氦气。
含氦天然气矿床： 美国含氦天然气田的沉积模型。氦是由花岗岩基岩中铀和th的衰变产生的。释放出的氦气是漂浮的，并以与基底断层有关的孔隙度向表面移动。然后，氦气通过多孔的沉积层向上移动，直到被天然气困在硬石膏或盐层下。这些是唯一能够捕获并包含微小的漂浮氦原子的横向岩石。这种地质情况仅发生在世界上的少数地方，这就是为什么丰富的氦气积累很少的原因。
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为什么某些天然气中含有氦气？
人们认为，从天然气中除去的大多数氦都是由地球地壳花岗质花岗岩中铀和th的放射性衰变形成的。它是一种非常轻的气体，具有浮力，会在形成后立即向上移动。在三个条件存在的情况下发现了最丰富的氦气堆积：1）花岗岩基底岩中富含铀和or； 2）基底岩石破裂和断裂，为氦气提供了逃逸通道； 3）地下断层之上的多孔沉积岩被不透水的岩盐或硬石膏封闭。当这三个条件都满足时，氦可能会在多孔沉积岩层中积累。
氦具有任何元素的最小原子半径，约为0.2纳米。因此，当它形成并开始向上移动时，它可以穿过岩石内很小的孔隙。硅酸盐和硬石膏是唯一可以阻止氦原子向上迁移的沉积岩。页岩的孔隙空间充斥着丰富的有机物质（干酪根），有时效果较差。
含氦天然气矿床： 该地图显示了在美国充当重要氦气来源的天然气田。这些领域生产的天然气中氦气含量在0.3％至7％以上。从气体中除去氦气，以进行商业销售。使用来自美国地质调查局的位置数据得到的图像。
哪里的氦气天然气丰富？
大多数未经处理的天然气至少包含痕量的氦气。很少有天然气田包含足够的氦气回收过程。天然气源必须包含至少0.3％的氦才能被视为潜在的氦源。
如所附地图所示，2010年，美国处理过的所有氦气天然气都来自科罗拉多州，堪萨斯州，俄克拉荷马州，德克萨斯州，犹他州和怀俄明州。俄克拉荷马州，堪萨斯州和德克萨斯州的雨果顿田；堪萨斯州的Panoma田地；俄克拉荷马州的凯斯球场；得克萨斯州的Panhandle West和Cliffside油田以及怀俄明州的Riley Ridge油田占了美国大部分氦气生产量。
2010年期间，美国生产了1.28亿立方米的氦气。其中，从天然气中提取了5300万立方米的氦气，并从国家氦气储备中提取了7500万立方米。已知产量的其他国家是：阿尔及利亚（18 mcm），卡塔尔（13 mcm），俄罗斯（6 mcm）和波兰（3 mcm）。加拿大和中国生产了少量但未报告的氦气。
MRI机器中的氦气： 氦气的首要用途是冷却MRI（磁共振成像）机器中的磁体，这些机器用于诊断医疗设施中的疾病和伤害。
氦气的新用途： 第一个氦气密封的硬盘驱动器于2013年生产。与标准硬盘驱动器相比，氦气使该驱动器使用更少的能量，更少的热量，更少的噪音，更小的空间，更多的数据并产生更少的振动。 学到更多.
氦气的用途
氦气具有许多特性，使其非常适合某些用途。在其中某些用途中，氦气是可能使用的最佳气体，而在少数情况下，没有足够的氦气替代物。氦的几种用途以及使其适合使用的特性如下所述。
磁共振成像
氦的头号用途是在医疗设施中用于评估伤害和诊断疾病的磁共振成像机器中。这些机器利用由超导磁体产生的磁场。这些磁铁产生大量的热量。液氦是调节这些磁体温度的首选冷却物质。由于氦具有任何气体中最低的比热和任何元素的最低沸点/熔点，因此在这一非常重要的用途中没有可预见的替代氦的方法。
起重气
氦原子重量是所有元素中第二低的。只有氢具有较低的原子量。作为一种比空气轻的气体，氦气已被用作飞艇和气球的“举升气体”。飞艇，飞船，齐柏林飞艇，防空气球，气象气球和其他比空气轻的飞行器都使用氦气作为提升气体。它比氢安全得多，因为它不易燃。直到第二次世界大战结束，这是最重要的氦气使用类别。现在使用的氦气量要少得多。
吹扫气体： NASA和国防部使用氦气从火箭发动机的燃料箱和燃料输送系统中清除液态氧和液态氢。氦气是惰性气体，其冷冻温度如此之低，以至于在吹扫过程中氦气仍然是气体。紧急情况下甚至使用氦气流入这些系统来扑灭大火。图片由NASA提供。
氦气呼吸混合物： 氦气用于制备用于深水潜水的呼吸气体混合物。氦气是惰性的，在压力下粘度低，因此呼吸更容易。图片来自NOAA。
吹扫气体
氦具有所有气体中最低的熔点和沸点。它在接近绝对零的温度下熔化并沸腾。由于它在非常低的温度下仍是气体，因此可以用作填充有非常冷的液体（例如液态氢和液态氧）的燃料箱和燃料输送系统的吹扫气体。因为它是惰性的并且具有低的冷冻温度，所以它可以安全地置换这些燃料而不会冻结。美国国家航空航天局和国防部使用大量氦气净化火箭推进系统。
受控气氛制造
氦气是惰性气体。唯一具有较低反应性的气体是氖气。当需要惰性气氛时，这种低反应性使氦气成为有价值的气体，可用于制造和维修过程。氦气的导热系数也很高，是所有气体中第二低的。氦气的这些特性使其成为许多冶金工艺，在化学蒸汽中生长完美晶体，制造光纤和其他用途的首选气氛。
泄漏检测
氦具有极低的粘度，高的扩散系数和任何元素中最小的原子。这些特性使氦气很难容纳。如果系统泄漏，氦气将逸出。因此，氦气用于测试高真空系统，燃料系统和其他安全壳是否泄漏。
呼吸混合物
氦气和其他惰性气体用于制备呼吸混合物，用于深水潜水和医学治疗。在这里使用氦气是因为它是惰性的，具有非常低的粘度，并且比任何其他气体都更容易在压力下呼吸。
焊接气
焊接时将氦气用作保护气氛。惰性气体气氛可保护铁水免于氧化以及在高温下可能迅速发生的其他反应。
氦气的用途： 美国在2011年期间各种用途消耗的相对氦气量。使用来自USGS的数据绘制图表。
氦：不可再生资源
氦是一种仅在偶然情况相遇时才发现的气体。尽管它是由地壳中放射性矿物的衰变不断产生的，但其自然产生和积累的速度非常缓慢，因此必须将其视为不可再生的资源。
氦胶和氦气短缺
1925年，美国建立了国家氦气储备，以战略性地供应飞艇和其他国防目的的氦气。当时该国生产的氦气量远远超过了其消耗量。第二次世界大战后，用作提升气体的氦气量有所减少，但在为火箭发动机加油时以及作为核武器设施的冷却剂时，对氦气作为净化气体的需求激增。尽管如此，生产的氦气多于消耗的氦气。
1995年，国会决定国家氦储备不是必不可少的，并作为1996年《氦气私有化法案》的一部分启动了出售氦气的计划。近二十年来，国会允许以相对于自由市场的巨大折扣出售氦气。价格。国家氦储量的销售满足了世界上多达1/2的氦需求。几年来，从美国出口到其他国家的氦气比在国内消费的氦气还要多。从政府那里购买氦气的人得到了一笔了不起的交易，而那些在自由市场上购买氦气的人则付出了更高的价格。
将国家氦气储备库存倾销到市场上使氦气价格大打折扣，以致于氦气被用作廉价供应的氩气和其他气体的廉价替代品。
由于商业性氦气生产没有得到回报或没有得到充分利用，因此当2014年国家氦气储备的销售被拍卖系统取代时，市场供不应求。在第一次拍卖中，两名竞标者购买了全年分配的9300万立方英尺的氦气。比前几年的市场价格高出一倍。拍卖后，又有10亿立方英尺被卖给了相同的两个竞标者。
自第一次拍卖以来，氦气的价格持续上涨，因为新氦气的生产供不应求。价格上涨引发了对新氦处理厂的投资。但是，氦气只能从天然气田中以盐或无水物作为捕集剂来生产。这些仅发生在世界的少数地区。
根据现行法律，国家氦气储备将在2021年售罄。希望在氦气重要来源消失后，对氦气回收厂的不断增加的投资将足以满足氦气消费者的需求。