綜述
1780年,來自法國的科學家利用豬膀胱,在裡面灌入了氫氣,得到了一個非常簡陋也非常原始的氫氣球。
3年以後,氫被正式確認為化學元素的一種,同樣來自於法國的物理學家因此做成了一個體積為620立方米的氫氣球,這也是除了1780年的原始氫氣球以外,世界上第一個真正意義上的氫氣球。
氫氣是世界上已知的,密度最小的氣體,氫氣球就是在質量較輕的袋子裡或者囊裡裝滿氫氣,依靠著氫氣的浮力飄上天空。
因為氫氣球的成本較低,也通常被用在節假慶典用來慶祝或者作為小孩子的玩具使用,大一些的氫氣球還會被當做是用來放上廣告的橫幅,飄在半空引人注意。甚至氫氣球還會被用在氣象方面,以及軍事領域。
然而氫氣本身非常容易發生危險,一旦和氧氣混合,遇到火時就會發生爆炸,甚至含量1比1時,被陽光直射都會爆炸。
2017年11月27日,南京就發生了男子抽菸將火星彈到發光的氫氣球上,導致氣球紛紛爆炸,造成4名年輕人受到灼燒,其中有人面部二級燒傷,為以後的生活帶去了嚴重的影響。
比起氫氣球,氦氣球更具穩定性,也不會有任何的危險,適合很多場景使用。然而氦氣的用途遠遠不只是氦氣球上。
氦氣
氦氣在常溫下是一種無色無味的單原子惰性氣體,在地球的大氣層中,氦氣的體積含量非常少,大約只有1/52000,並且極其穩定,不像氫氣一樣活潑,極易與其他物質發生反應。
但是在廣闊的宇宙中,氦元素是宇宙射線中最豐富的的元素之一,同時許多在星系和星體中都有分佈,在宇宙中的含量為24%,位居第二。
1868年人類才從太陽色球的光譜中發現氦的存在,那是一條前所未見的黃色發射線,當時的科學家們以為這條黃線是太陽特有的金屬元素。
直到1895年,27年以後人類這才發現了地球上也有氦的存在,並且是來自於一個放射性的礦脈裡,並非是金屬元素。1903年,美國在石油鑽研的過程中發現了不明氣體,透過分析,竟然有1.84%的氦。這也令美國坐穩了未來世界氦氣的龍頭寶座。
氦氣很難液化,甚至可以說是已知氣體中,最難被液化的,然而透過人類的研究,氦單質會在極低的溫度下變成液態。
也因此人類發現液態氦氣的溫度能夠降低到2.174K的超低溫,是已知沸點最低的氣體,同時很容易流動,表面的張力極其小,並且在2.18K時性質會得到明顯的變化,與一般的液體氦氣有所區別,被叫做是液氦Ⅱ。
它也非常難凝固,在標準大氣壓下,哪怕溫度下降到絕對零度,氦也只會維持液態,只有當氣壓上升到一定的程度,才會出現固態。
氦氣的作用
氦氣除了做成氣球以外,還有著非常廣泛以及十分重要的用途。
在通訊上,氦氣球除了裝飾以外,也通常被用於3萬米之上的高空氣象觀測,獲得更加準確的氣象觀察和預測,同時,許多國家都在建造和使用氣球通訊站,在高空上的氣球能夠更好地傳遞訊號,並且投資少、效率高、難度低等。
甚至在未來衛星通訊得到了高速發展的時候,氦氣球憑著這“優惠划算”的特點,也能在通訊領域上佔據一定的空間。
比如在運輸上,氦氣導熱效能極其優秀,常常被用來做各種機器的相關測試,比如燃料箱、空調元件等汽車的重要部件,並且還是製作安全氣囊的重要氣體之一,對於保護駕駛員的安全有著重要的作用。
在醫療上,氦氣的低溫超導性可以維持磁核共振儀器的正常使用,並且與氧氣結合以後,可以給病人提供更好的治療環境,幫助哮喘等患有呼吸道疾病的患者更快治癒。
同時氦氖鐳射的氣體介質是氖氣和高純的氦氣,能夠進行外科手術,醫治弱視症狀等,在醫療方面有著極其重要的地位。
在航天航空中,高純氦氣在超音速飛機、火箭、宇宙飛船中通常被當做是一種加壓氣和增壓劑,被大量使用。同時氦氣還能在焊接過程中充當保護作用,還能在太空飛行時進化氫氣系統。
在電子科研上面,氦氣可以迅速將零部件降溫,在一定程度上掌控熱傳遞速度,從而提高和改善生產的效率,並且讓零部件的製作離完美更進一步。
也因為這些,氦氣對半導體、光纖線製造以及液晶面板有著非常重要的作用,是高新技術發展進步的關鍵性條件之一。
氦氣被美國“卡脖子”
我國幅員遼闊,地大物博,然而氦氣的含量卻非常稀缺。這說的並不是空氣中的氦氣含量,而是透過地下的天然氣或者放射性礦石中,透過深冷淨化技術,用不同的凝固點來分離不同的物質,從而提取出的氦氣。
並且由於氦氣的穩定性,除了礦藏,目前來說無法透過其他的辦法來製取。同時地下氦氣被儲存在地殼之中,如果發生地震,很有可能這個地點的大部分氦氣都會逃到空中,這也導致了地球上的氦氣儲量除了人類使用以外,越來越少了。
地球上的氦氣非常有限,同時因為它的重量非常輕,一旦被放出來,很有可能就會順著大氣層逃出宇宙,這也是宇宙中氦含量非常高,地球氦氣卻格外短缺的主要原因之一。而隨著氦在我們不同領域上的廣泛應用,人們對於氦的需求也越來越多。
美國國土上大約有著世界上氦氣資源的2/5,是世界上最大的氦氣出口商,這也是因為美國所在的北美洲板塊非常穩定,給了氦氣安穩儲存的條件。
然而美國的氦儲備大概是在10億平方米,乍一看覺得很多,然而全世界的年消耗量就幾乎有2億平方米了。如果各個國家保持現有的科技發展水平不變,也只能維持不到5年的時間。
但是在如今日新月異的新時代,每一個國家都在悶頭搞科技,不願意落後其他國家成為捱打的物件,對於氦氣的需求只會急劇增加,按照這樣的發展情況,全世界的氦氣儲備加起來,共519億立方米的儲量很有可能都無法支撐10年之久。
我國在全球氦氣資源儲存量只佔2.4%,別說出口,甚至連自家使用都完全不夠,因此只能大量進口氦氣,甚至95%都只能依靠國外,尤其是美國。
美國不僅僅是最大的氦氣儲量國,甚至由於氦氣開發早、利用率大、科技非常發達的原因,它在氦氣製造上也是其他國家難以匹敵的,牢牢地將氦氣市場壟斷,幾乎整個世界的氦氣都被由美國說了算。
在2013年前,我國一直靠著美國進口氦氣,後來變成了氦氣儲存量排世界第二的卡達。
然而卡達由於經濟和科技並不發達,也需要從美國進口氦氣的採集和製造技術以及相關裝置,同樣受到了美國的制約,如果美國拒絕賣給中國氦氣,卡達也無法做出抵抗。
氦氣在如今各個領域都有著非常重要的作用,一旦缺少了氦氣儲備,我國的經濟發展和社會穩定也會受到極大的威脅。也因此,如果美國向中國漲價,我們在沒有能夠替代氦氣的新能源的條件下,根本毫無辦法,只能任人宰割。
中國做出的努力
在如今,氦氣的價格不斷飆升,中美的關係也複雜多變,甚至在貿易上也時有摩擦,我國要未雨綢繆,做好美國卡掉氦氣來源的準備。目前我們對於氦氣太被動了,必須要打破長期以來依賴於國外進口的困境。
為了讓中國高階技術製造領域減少對國外的依賴性,我國投入了大量的資金,建立氦氣廠,不斷創新和研究技術,探尋提取氦氣的方法,防止中國的“脖子”再次被美國扼住。終於,在2020年,北京一家公司在國家的支援和鼓勵下,成功從天然氣廢料中提取到了氦氣。
隨後在國家的支援下,寧夏也開設了大型的氦氣廠,年產量雖然只有20噸,還不夠中國進口的一點零頭,但是這種氦氣廠建造成本低,如果發展起來,可以在全國範圍廣泛推廣下去。試想一下,如果一家工廠產量很低,那麼一百家,一千家呢?
有科學家對此表示,我國氦氣廠的建立,同樣預示著在未來的晶片和火箭燃料領域,我國也將能夠掙脫進口的約束。
同時天然氣廢料中的氦氣數量不少,雖然產量也不是很高,但也能為我國節省不少成本資金。對於我國而言,這是中國氦氣提取領域的一個大跨步,是我國未來不再受到氦氣限制的重要起點。
有專家表示,按照我國每年大約4000到5000噸的氦氣需求量,大約至少要10年以後才能實現氦氣的自主性。
儘管時間還長,我國仍舊需要長期進口氦氣,但這也相當於是“有備無患”,不至於在受到限制的時候一點辦法都沒有,心裡有了底氣,做事也會硬氣。
美國對中國做出的其他“卡脖子”
中國的發展速度可謂是飛速,不管是在任何領域,都時常有著創新和進步。中國也向來明白科技才是硬道理的真理,一直都在大力發展高科技技術,培養高新技術人才。然而在2020年,為了防止中國發展程序,美國在高新領域做出了“卡脖子”的行為。
華為作為中國當時發展較好的高科技公司,首當其衝受到了美國的打壓,先是美國禁止國民使用華為的裝置,甚至申請外援,號召英國、澳大利亞等國家同樣禁用華為。
隨後,中國的其他高科技企業也遭到了制裁和約束,甚至還列出了一批限制出口到中國的科研產品,比如光刻機、航空輪胎等等,這些都是當時我國還為研發出來,只能依賴於外國的產品。
在此基礎上,中國不退反進,直接宣佈要將“卡脖子”清單變成我國大力投入、加強發展的科研方向,在相關領域奮起直追,早日實現自產自足,擺脫限制。
結論
中國一向秉承著中華民族的優良品德,卻也不是軟弱可欺的。正是因為中國本身具有的強大的韌性和拼搏,我國才能從短短几十年由貧困的模樣變成如今老一輩年輕時做夢都不會想到的繁榮昌盛。
就像是一顆彈簧,打壓只會激起中國不斷努力奮鬥的意志,只會讓中國的科研人員更加充滿了戰勝困難的決心。正如當年比爾蓋茨曾經對白宮所說的話,打壓只會起到反作用,未來中國遲早會擁有相關的技術,美國也就徹底失去了中國的市場。