een van onze technici klaagde over helium. In het bijzonder vloeibaar helium. Het blijkt dat een van de instrumenten die het nodig had laag was en hij had moeite om meer te krijgen. Mijn eerste antwoord was-nou, natuurlijk kun je het niet krijgen vanwege de begrotingsproblemen. Nee, we hebben het geld voor helium. In plaats daarvan is er een tekort aan helium. Echt, Dit is geen goed nieuws. Waarom?
Ok, laat me wat vragen stellen en ze dan zelf beantwoorden. Voor sommige van deze vragen en Antwoorden geef ik slechts een benaderend antwoord. Het moet duidelijk zijn dat ik geen heliumexpert ben. Ik weet dit wel. Als je longen vol helium inademt en dan door de hal rent om iemand te verrassen met je hoge stem, dan val je flauw. Toch Scott?
Waarom is er een heliumtekort?
eerlijk gezegd Weet ik niet alle details. Een deel van het antwoord hangt af van de politiek. De VS heeft een nationaal Heliumreservaat in Amarillo Texas. De Helium Privatization Act van 1996 was echter bedoeld om te beginnen met de verkoop van dit product. Het resultaat is dat er niet zoveel helium in het reservaat zit.bovendien hebben sommige producenten van helium hun eigen leveringsproblemen gehad. De twee van deze problemen samen betekenen dat er niet zo veel helium om rond te gaan.
waar haalt u helium eigenlijk vandaan?
helium vindt u meestal op plaatsen waar u aardgas vindt. Het probleem is dat het moeilijk kan zijn om het helium uit het andere gas te halen. Het is het makkelijkst bij de mijnbouw “droog” aardgas (ik weet echt niet het verschil tussen droog en niet-droog gas – Ik ga gewoon door wat ik werd verteld). Echter, energiebedrijven zijn degenen die meestal krijgen aardgas. Voor hen willen ze het “natte” aardgas. Dit is een deel van het probleem met helium.
betekent dit dat er geen verjaardagsballonnen meer zijn?
in termen van totaal heliumgebruik is de hoeveelheid die in verjaardagsballonnen wordt gebruikt vrij klein. Veel grotere toepassingen zijn voor weerballonnen en het koelen van dingen met vloeibaar helium. Echter, de meeste mensen zouden het er waarschijnlijk mee eens dat in tijden van tekort verjaardag ballonnen zijn vrij lage prioriteit. Dus ja, je zult moeite hebben helium te vinden voor je ballonnen. Je zou ze kunnen vullen met waterstofgas.
hoe zit het met vloeibaar helium?
De voornaamste reden om vloeibaar helium te gebruiken is dat het koud is. Super koud. Bij normale atmosferische druk kookt vloeibaar helium bij een temperatuur van slechts 4,2 Kelvin (-452.11 Fahrenheit). Ja. Dat is koud. Wat heeft zoiets kouds nodig? Supergeleidende magneten. Voor sommige materialen, als je ze koud genoeg de weerstand van het materiaal gaat naar nul ohm. Dit betekent dat je er wat stroom doorheen kunt laten lopen en dat het materiaal als een magneet zal werken. Niet zomaar een magneet, maar een supersterke magneet.
Wie heeft een supermagneet nodig? De twee meest voorkomende toepassingen zijn voor nucleaire magnetische resonantie spectroscopie (NMR) en Magnetic Resonance Imaging (MRI). Laten we zeggen (voor nu) dat zowel NMR als MRI-instrumenten grote magnetische velden gebruiken om te interageren met de nucleaire eigenschappen van het monster. Hiermee kunt u ruimtelijke gegevens (in de MRI) of compositiegegevens (NMR) verkrijgen. Ik weet dat dat waarschijnlijk een verschrikkelijk antwoord is, maar het zou voorlopig goed genoeg moeten zijn.
Wat gebeurt er als u stopt met vloeibaar helium in een NMR?
Je brengt het vloeibare helium in de NMR en het houdt de magneet koud. Natuurlijk doet het dit omdat een deel van het helium de faseovergang maakt van een vloeistof naar een gas en dat kost energie. Deze energie komt van de magneet waardoor het daalt in temperatuur. Als het ding perfect geïsoleerd was, zou er geen probleem zijn. Maar het is niet perfect. Het helium blijft dus verdampen om de magneettemperatuur te behouden. Voor de NMR aan de Southeastern Louisiana University, moet u ongeveer 30 liter vloeibaar helium om de twee en halve maanden toe te voegen.
maar wat gebeurt er als u dat niet doet. zal het gewoon niet werken? Als je het niet doet, gebeuren er slechte dingen. Onthoud, er zit een constante stroom in deze supergeleidende magneet. Het kan een constante stroom houden zonder een stroombron omdat de weerstand nul is. Als het opwarmt, heeft het geen nulweerstand meer. Wanneer er een weerstand is, is er een toename van thermische energie die de weerstand verhoogt. Voor onze magneet wordt 49 kJoules energie opgeslagen in de stroom en deze energie moet ergens heen als de magneet opwarmt. Dit proces wordt “doven” genoemd. Wanneer de magneet heet wordt, kookt meer en meer van het vloeibare helium (en meestal is er wat vloeibare stikstof om het vloeibare helium koel te houden) vrij snel af. Hier is een voorbeeld.
Oh – en ja, er is een manier om de magneet op te warmen zonder dat er slechte dingen gebeuren. Echter, het is niet gemakkelijk om het terug te krijgen naar werkende staat.
Hoe maak je vloeibaar helium?
Het is niet eenvoudig. Je kunt niet zomaar een heliumballon in een vriezer stoppen totdat het in een vloeistof verandert. Dat zou je wel kunnen als je een koude vriezer had. Het probleem is dat de vriezer koud moet worden gehouden met vloeibaar helium of zoiets. Laat me het proces in meer dan vereenvoudigde termen uitleggen.
laat me beginnen met een voorbeeld. Neem één van die grote plastic spuiten. Leg je vinger over het uiteinde en druk het gas erin. Je zou kunnen merken dat de buis warmer wordt. Als je het een tijdje zo vasthoudt, zal de buis (en het gas binnenin) afkoelen tot kamertemperatuur. Trek nu de zuiger terug om het gas uit te zetten. Als het gas uitzet, wordt het kouder.
voor helium neem je het gas en comprimeer je het. Dan koel je het samengeperste gas af en laat het uitzetten. Dat is het. Je blijft dit steeds weer doen totdat het spul koud genoeg is. Er zijn enkele trucs, maar dat is het basisidee.
kon je het helium niet recyclen van de NMR?
Ja, Dit is technisch mogelijk. Maar het is ook technisch erg duur. Je moet een apparaat hebben om het helium op te vangen als het in een gas verandert. Dan moet je het verzamelen en in een helium vloeibaar maken. Deze vloeibaarmakers zijn erg duur. De meeste installaties krijgen om de paar maanden meer vloeibaar helium.
afbeelding: crdotx / Flickr