Jeden z našich techniků si stěžoval helium. Zejména kapalné helium. Ukázalo se, že jeden z nástrojů, který to potřebuje, byl nízký a měl potíže získat více. Moje první odpověď byla-No, samozřejmě to nemůžete dostat kvůli rozpočtovým problémům. Ne, máme peníze na helium. Místo toho je nedostatek helia. Opravdu, to není dobrá zpráva. Proč?
Ok, dovolte mi položit několik otázek a pak na ně odpovědět sám. Pro některé z těchto otázek a odpovědí, dávám jen přibližnou odpověď. Mělo by být jasné, že nejsem odborník na helium. Vím to. Pokud vdechnete plíce plné hélia a pak běžíte chodbou, abyste někoho překvapili svým vysokým hlasem, omdlíte. Že Scotte?
Proč je hélium nedostatek?
upřímně, neznám všechny podrobnosti. Část odpovědi závisí na politice. USA mají národní rezervu helia v Amarillo v Texasu. Cílem zákona o privatizaci Helia z roku 1996 však bylo začít tento prodej prodávat. Výsledkem je, že v rezervě není tolik helia.
navíc někteří výrobci helia měli své vlastní problémy se zásobováním. Oba tyto problémy dohromady znamenají, že není tolik helia, které by se dalo obejít.
odkud vůbec berete helium?
obvykle najdete helium v místech, kde najdete zemní plyn. Problém je v tom, že může být obtížné dodat helium z druhého plynu. Nejjednodušší je při těžbě „suchého“ zemního plynu (opravdu neznám rozdíl mezi suchým a nesuchým plynem – jdu jen podle toho, co mi bylo řečeno). Energetické společnosti však obvykle získávají zemní plyn. Pro ně chtějí „mokrý“ zemní plyn. To je část problému s získáním helia.
znamená to už žádné narozeninové balónky?
z hlediska celkového využití helia je množství použité v balonech poměrně malé. Mnohem větší využití jsou pro meteorologické balóny a chlazení věcí kapalným heliem. Většina lidí by se však asi shodla na tom, že v době nedostatku mají balónky poměrně nízkou prioritu. Takže ano, budete mít potíže s hledáním helia pro vaše balónky. Myslím, že byste je mohli naplnit plynným vodíkem.
a co tekuté helium?
primárním důvodem použití kapalného helia je to, že je studené. Super zima. Při normálním atmosférickém tlaku se kapalné helium vaří při teplotě pouhých 4,2 Kelvinů (-452,11 Fahrenheita). Jo. To je studený. Co potřebuje něco tak chladného? Super vodivé magnety. U některých materiálů, když je dostatečně vychladnete, odpor materiálu klesne na nulu ohmů. To znamená, že přes něj můžete spustit nějaký proud a materiál bude fungovat jako magnet. Ne jen tak ledajaký magnet, ale super silný magnet.
kdo potřebuje super magnet? Dvě nejběžnější použití jsou pro nukleární magnetickou rezonanční spektroskopii (NMR) a zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). Řekněme (prozatím), že přístroje NMR i MRI používají velká magnetická pole k interakci s jadernými vlastnostmi vzorku. Tímto způsobem můžete získat prostorová data (v MRI) nebo údaje o složení (NMR). Vím, že je to pravděpodobně hrozná odpověď, ale prozatím by to mělo být dost dobré.
co se stane, když přestanete dávat tekuté helium do NMR?
vložíte kapalné helium do NMR a udržuje magnet chladný. Samozřejmě to dělá, protože některé helium dělá fázový přechod z kapaliny na plyn a to bere energii. Tato energie pochází z magnetu, což snižuje teplotu. Pokud by byla věc dokonale izolovaná, nebyl by problém. Ale není to dokonalé. Takže helium se stále odpařuje, aby udržovalo teplotu magnetu. Pro NMR na jihovýchodní Louisianské univerzitě musíte přidat asi 30 litrů tekutého helia každé dva a půl měsíce.
ale co se stane, když ne. nebude to fungovat? Když to neuděláš, stanou se špatné věci. Pamatujte, že v tomto supravodivém magnetu je konstantní proud. Může udržovat konstantní proud bez zdroje energie, protože odpor je nulový. Když se zahřeje, již nemá nulový odpor. Když je odpor, dochází ke zvýšení tepelné energie, která zvyšuje odpor. Pro náš magnet je v proudu uloženo 49 kjoulů energie a tato energie musí někam jít, když se magnet zahřeje. Tento proces se nazývá „kalení“. Když se magnet zahřeje, stále více a více kapalného helia (a obvykle je zde nějaký tekutý dusík, který pomáhá udržovat kapalné helium v chladu) se rychle vaří. Zde je příklad.
Oh-a ano, existuje způsob, jak zahřát magnet, aniž by se děly špatné věci. Není však snadné jej vrátit zpět do provozního stavu.
jak se vyrábí tekuté helium?
není to snadné. Nemůžete jen dát heliový balón do mrazničky, dokud se nezmění v kapalinu. No, myslím, že bys mohl, kdybys měl dost studený mrazák. Problém je v tom, že mrazák by musel být udržován v chladu kapalným heliem nebo tak něco. Dovolte mi vysvětlit proces zjednodušeně.
dovolte mi začít příkladem. Vezměte jednu z těch velkých plastových stříkaček. Stačí položit prst na konec a stlačit plyn uvnitř. Možná si všimnete, že se trubice zahřeje. Pokud to tak nějakou dobu držíte, trubka (a plyn uvnitř) se ochladí na pokojovou teplotu. Nyní vytáhněte píst zpět, abyste rozšířili plyn. Když plyn expanduje, ochladí se.
u helia vezmete plyn a stlačíte ho. Pak stlačený plyn ochladíte a necháte ho expandovat. To je ono. Děláš to pořád dokola, dokud to nestydíš. Existují nějaké triky, ale to je základní myšlenka.
nemohli byste recyklovat helium z NMR?
Ano, Je to technicky možné. Je to však také technicky velmi drahé. Budete muset mít nějaké zařízení zachytit hélium, jak se změní na plyn. Pak byste ji museli sbírat a spustit do heliového zkapalňovače. Tyto zkapalňovače jsou opravdu drahé. Tak, většina zařízení jen dostat více tekuté helium každých pár měsíců.
obrázek: crdotx / Flickr