en av våre teknikere klaget over helium. Spesielt flytende helium. Det viser seg at en av instrumentene som trenger det var lav og han hadde problemer med å få mer. Mitt første svar var-vel, selvfølgelig kan du ikke få det på grunn av budsjettproblemene. Nei, vi har penger til helium. I stedet er det mangel på helium. Virkelig, dette er ikke gode nyheter. Hvorfor?
Ok, la meg stille noen spørsmål og deretter svare på dem selv. For noen av disse spørsmålene og svarene gir jeg bare et omtrentlig svar. Det skal være klart at jeg ikke er ekspert på helium. Jeg vet dette. Hvis du puster i lungene fulle av helium og deretter kjøre ned hallen for å overraske noen med høy pitched stemme, du vil besvime. Ikke Sant Scott?
Hvorfor er det mangel på helium?
Ærlig, jeg vet Ikke alle detaljene. En del av svaret avhenger av politikk. Usa har En Nasjonal Helium Reserve I Amarillo Texas. Helium Privatiseringsloven Fra 1996 forsøkte imidlertid å begynne å selge dette. Resultatet er at det ikke er så mye helium i reservatet.på toppen av dette har noen av produsentene av helium hatt sine egne forsyningsproblemer. De to av disse problemene sammen betyr at det ikke er så mye helium å gå rundt.
Hvor får du helium fra uansett?
du kan vanligvis finne helium på steder der du finner naturgass. Problemet er at det kan være vanskelig å ekstra helium fra den andre gassen. Det er enklest når gruvedrift «tørr» naturgass (jeg vet egentlig ikke forskjellen mellom tørr og ikke-tørr gass-jeg går bare etter det jeg ble fortalt). Men energiselskaper er de som vanligvis får naturgass. For dem vil de ha den» våte » naturgassen. Så, dette er en del av problemet med å få helium.
betyr dette ikke flere bursdagsballonger?
når det gjelder total heliumbruk, er mengden som brukes i bursdagsballonger ganske liten. Mye større bruksområder er for værballonger og kjøling ting med flytende helium. Men ville fleste trolig enig at i tider med mangel bursdag ballonger er ganske lav prioritet. Så, ja, du vil ha problemer med å finne helium for ballongene dine. Jeg antar at du kan fylle dem med hydrogengass.
hva med flytende helium?
den primære grunnen til å bruke flytende helium er at det er kaldt. Superkaldt. Ved normalt atmosfærisk trykk kokes flytende helium ved en temperatur på bare 4, 2 Kelvins (-452, 11 Fahrenheit). Ja. Det er kaldt. Hva trenger noe så kaldt? Super ledende magneter. For noen materialer, når du får dem kaldt nok motstanden av materialet går til null ohm. Dette betyr at du kan kjøre litt strøm gjennom det og materialet vil fungere som en magnet. Ikke bare en magnet, men en super sterk magnet.
Hvem trenger en super magnet? De to vanligste bruksområdene er For Kjernemagnetisk Resonansspektroskopi (NMR) og Magnetisk Resonans Imaging (MRI). La oss bare si (for nå) at BÅDE NMR og MR-instrumenter bruker store magnetfelt til å samhandle med prøvens nukleare egenskaper. Ved å gjøre dette kan du få romlige data (I MR) eller sammensetningsdata (NMR). Jeg vet det er sannsynligvis et forferdelig svar, men det burde være godt nok for nå.
Hva skjer hvis du slutter å sette flytende helium i EN NMR?
du setter det flytende heliumet inn I NMR og det holder magneten kald. Selvfølgelig gjør det dette fordi noe av heliumet gjør faseovergangen fra en væske til en gass, og det tar energi. Denne energien kommer fra magneten gjør det nedgang i temperatur. Hvis saken var perfekt isolert, ville det ikke være et problem. Men det er ikke perfekt. Så, helium holder fordamper for å opprettholde magnet temperatur. FOR NMR Ved Southeastern Louisiana University må du legge til ca 30 liter flytende helium hver annen og halv måned.
Men hva skjer hvis du ikke gjør det. Vil det bare ikke fungere? Vel, hvis du ikke gjør det, skjer dårlige ting. Husk at det er en konstant strøm i denne superledende magneten. Det kan holde en konstant strøm uten strømkilde fordi motstanden er null. Når det varmes opp, har det ikke lenger null motstand. Når det er motstand, er det en økning i termisk energi som øker motstanden. For vår magnet lagres 49 kJoules energi i strømmen, og denne energien må gå et sted når magneten varmes opp. Denne prosessen kalles»quenching». Når magneten blir varm, koker mer og mer av det flytende heliumet (og vanligvis er det noe flytende nitrogen for å holde det flytende heliumet kaldt) ganske raskt. Her er et eksempel.
Oh-Og ja, det er en måte å varme opp magneten uten at dårlige ting skjer. Det er imidlertid ikke lett å få det tilbake til arbeidstilstand.
Hvordan lager du flytende helium?
det er ikke lett. Du kan ikke bare sette en heliumballong i en fryser til den blir til en væske. Vel, jeg antar du kunne hvis du hadde en kald nok fryser. Problemet er at fryseren må holdes kald med flytende helium eller noe. La meg forklare prosessen i over forenklet form.
La meg starte med et eksempel. Ta en av de store plastsprøytene. Bare legg fingeren over enden og komprimere gassen inni. Du kan legge merke til at røret blir varmere. Hvis du holder det slik i noen tid, vil røret (og gassen inni) avkjøles til romtemperatur. Trekk stempelet ut igjen for å utvide gassen. Når gassen utvides, blir den kaldere.
for helium tar du gassen og komprimerer den. Deretter avkjøler du den komprimerte gassen og lar den ekspandere. Sånn ja. Du bare fortsette å gjøre dette om og om igjen til du får ting kaldt nok. Det er noen triks, men det er den grunnleggende ideen.
Kan du ikke resirkulere heliumet fra NMR?
ja, dette er teknisk mulig. Men det er også teknisk veldig dyrt. Du må ha noen enhet for å fange heliumet som det blir til en gass. Da må du samle den og kjøre den inn i en helium flytende. Disse flytende stoffene er veldig dyre. Så, de fleste fasiliteter får bare mer flytende helium hvert par måneder.
Bilde: crdotx / Flickr