Uno de nuestros técnicos se quejaba de helio. En particular, helio líquido. Resulta que uno de los instrumentos que lo necesitaba era bajo y tenía problemas para conseguir más. Mi primera respuesta fue well bueno, por supuesto que no puedes entenderlo debido a los problemas presupuestarios. No, tenemos el dinero para el helio. En cambio, hay escasez de helio. En serio, no son buenas noticias. ¿Por qué?
Ok, déjame hacer algunas preguntas y luego responderlas yo mismo. Para algunas de estas preguntas y respuestas, solo estoy dando una respuesta aproximada. Debería quedar claro que no soy un experto en helio. Lo sé. Si inhalas pulmones llenos de helio y luego corres por el pasillo para sorprender a alguien con tu voz aguda, te desmayarás. ¿Verdad, Scott?
¿por Qué hay una escasez de helio?
Honestamente, no conozco todos los detalles. Parte de la respuesta depende de la política. Estados Unidos tiene una Reserva Nacional de Helio en Amarillo Texas. Sin embargo, la Ley de Privatización del Helio de 1996 tenía como objetivo comenzar a vender esto. El resultado es que no hay tanto helio en la reserva.
Además de esto, algunos de los productores de helio han tenido sus propios problemas de suministro. Los dos problemas juntos significan que no hay tanto helio para todos.
¿De dónde sacas el helio de todos modos?
Normalmente se puede encontrar helio en lugares donde se encuentra gas natural. El problema es que puede ser difícil extraer el helio del otro gas. Es más fácil cuando se extrae gas natural «seco» (realmente no sé la diferencia entre gas seco y no seco, solo sigo lo que me dijeron). Sin embargo, las compañías de energía son las que generalmente obtienen gas natural. Para ellos, quieren el gas natural «húmedo». Por lo tanto, esto es parte del problema con la obtención de helio.
¿Esto significa que no más globos de cumpleaños?
En términos de uso total de helio, la cantidad utilizada en los globos de cumpleaños es bastante pequeña. Los usos mucho más grandes son para globos meteorológicos y para enfriar cosas con helio líquido. Sin embargo, la mayoría de la gente probablemente estaría de acuerdo en que en tiempos de escasez, los globos de cumpleaños son una prioridad bastante baja. Así que, sí, tendrá problemas para encontrar helio para sus globos. Supongo que podrías llenarlos con gas hidrógeno.
¿Qué acerca de helio líquido?
La razón principal para usar helio líquido es que está frío. Super frío. A presión atmosférica normal, el helio líquido hierve a una temperatura de solo 4,2 grados Kelvin (-452,11 grados Fahrenheit). Sí. Eso es frío. ¿Qué necesita algo tan frío? Imanes super conductores. Para algunos materiales, cuando se enfrían lo suficiente, la resistencia del material llega a cero ohmios. Esto significa que puede pasar algo de corriente a través de él y el material actuará como un imán. No cualquier imán, sino un imán súper fuerte.
¿Quién necesita un súper imán? Los dos usos más comunes son la Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y la Imagen por Resonancia Magnética (RMN). Digamos (por ahora) que tanto los instrumentos de RMN como de RMN utilizan grandes campos magnéticos para interactuar con las propiedades nucleares de la muestra. Al hacer esto, puede obtener datos espaciales (en la resonancia magnética) o datos de composición (RMN). Sé que probablemente sea una respuesta terrible, pero debería ser lo suficientemente buena por ahora.
¿Qué sucede si deja de colocar helio líquido en una RMN?
Usted coloca el helio líquido en la RMN y mantiene el imán frío. Por supuesto, lo hace porque parte del helio hace la transición de fase de un líquido a un gas y eso toma energía. Esta energía proviene del imán, lo que hace que disminuya la temperatura. Si la cosa estuviera perfectamente aislada, no habría ningún problema. Pero no es perfecto. Por lo tanto, el helio se sigue evaporando para mantener la temperatura del imán. Para la RMN en la Universidad de Southeastern Louisiana, debe agregar aproximadamente 30 litros de helio líquido cada dos meses y medio.
Pero, ¿qué sucede si no. Será no sólo el trabajo? Bueno, si no lo haces, pasan cosas malas. Recuerde, hay una corriente constante en este imán superconductor. Puede mantener una corriente constante sin una fuente de alimentación porque la resistencia es cero. Cuando se calienta ya no tiene resistencia cero. Cuando hay una resistencia, hay un aumento en la energía térmica que aumenta la resistencia. Para nuestro imán, 49 kJoules de energía se almacenan en la corriente y esta energía tiene que ir a algún lugar cuando el imán se calienta. Este proceso se llama «enfriamiento». Cuando el imán se calienta, más y más del helio líquido (y por lo general hay algo de nitrógeno líquido para ayudar a mantener el helio líquido fresco) hierve bastante rápido. He aquí un ejemplo.
Oh-y sí, hay una manera de calentar el imán sin que sucedan cosas malas. Sin embargo, no es fácil volver a las condiciones de trabajo.
¿Cómo se fabrica el helio líquido?
no Es fácil. No puedes poner un globo de helio en un congelador hasta que se convierta en líquido. Bueno, supongo que podrías si tuvieras un congelador lo suficientemente frío. El problema es que el congelador tendría que mantenerse frío con helio líquido o algo así. Permítanme explicar el proceso en términos simplificados.
permítanme comenzar con un ejemplo. Toma una de esas jeringas de plástico grandes. Pon el dedo en el extremo y comprime el gas dentro. Es posible que note que el tubo se calienta. Si lo sostienes así durante algún tiempo, el tubo (y el gas en su interior) se enfriarán a temperatura ambiente. Ahora tire del émbolo hacia atrás para expandir el gas. Cuando el gas se expande, se enfría.
Para el helio, tomas el gas y lo comprimes. Luego enfrías el gas comprimido y lo dejas expandirse. Eso es. Sigues haciendo esto una y otra vez hasta que te enfríes lo suficiente. Hay algunos trucos, pero esa es la idea básica.
¿No podrías reciclar el helio de la RMN?
Sí, esto es técnicamente posible. Sin embargo también es técnicamente muy caro. Necesitarías tener algún dispositivo para capturar el helio mientras se convierte en gas. Entonces tendrías que recogerlo y ponerlo en un licuador de helio. Estos licuadores son muy caros. Por lo tanto, la mayoría de las instalaciones obtienen más helio líquido cada dos meses.
Imagen: crdotx / Flickr