- chociaż jest powszechnie używany do unoszenia balonów, hel jest w rzeczywistości cennym, nieodnawialnym zasobem.
- bez helu nie można przeprowadzić wielu badań naukowych, a technologia taka jak maszyny MRI nie zadziała.
- zapotrzebowanie na hel jest ogromne i rośnie; nie ma możliwości Ekonomicznego wytworzenia sztucznego helu i nie ma możliwości, aby magazyny Helu na Ziemi utrzymały popyt.
Hel jest drugim najczęściej występującym pierwiastkiem we wszechświecie, stanowiącym 23 procent całej normalnej materii. Ale pomimo tego, że jest niezwykle powszechny we wszechświecie, jest niezmiernie Rzadki na Ziemi. Na każdy milion cząsteczek powietrza w naszej atmosferze, tylko około 5,2 z nich to hel.
ilekroć balony z helem są uwalniane na przyjęciu urodzinowym dziecka, Hel ucieka do górnej atmosfery. Hel jest wyjątkowo lekkim pierwiastkiem, więc wznosi się na sam szczyt atmosfery, gdzie jest najmniej gęsty. Można by pomyśleć, że lekki gaz, taki jak hel, tkwiłby tutaj, wypychany przez gęstsze powietrze pod nim i spychany w dół przez ziemską grawitację. Ale cząsteczki helu tak wysoko w atmosferze mogą być łatwo wystawione na działanie wiatru słonecznego — strumieni wysokoenergetycznych cząstek z naszego Słońca-który nieodwracalnie wyrzuca Hel w Przestrzeń Kosmiczną.
taki jest los 6,2 miliarda stóp sześciennych helu, którego używamy w ciągu roku. Mówiąc najprościej, hel jest skończonym zasobem na ziemi, a jego wyczerpanie oznacza rezygnację z o wiele więcej niż balonów i piskliwych głosów.
co jest takiego wyjątkowego w Helu?
Hel ma pewne unikalne cechy, które czynią go substancją krytyczną dla wielu badaczy i naukowców. Co najważniejsze, żaden inny pierwiastek nie może być tak zimny jak hel bez zamarzania. W rzeczywistości Hel w ogóle nie zamraża. Po schłodzeniu Helu do około 4 kelwinów staje się on cieczą. Skala Kelvina jest bezwzględną miarą temperatury w oparciu o stopień ruchu w cząsteczkach, więc 0 kelwinów jest tak zimny, jak to fizycznie możliwe. Z jakiegoś punktu widzenia, jak zimny jest 4 Kelvin, wychodzi na to, że wynosi -452.47 Fahrenheita-czyli -269,15 Celsjusza.
ma to znaczenie z powodu innego odkrycia, którego dokonali naukowcy: niektóre materiały tracą wszelkie rezystancje elektryczne po dostatecznym schłodzeniu. Są one nazywane nadprzewodnikami i są używane w wielu różnych zaawansowanych technologicznie urządzeniach-akceleratorach cząstek, niektórych reaktorach jądrowych, spektrometrach mas i maszynach MRI. Bez ciekłego helu technologie te nie są możliwe i nie ma realnej substancji zastępczej.
skąd w ogóle bierzemy Hel?
Mapa głównych pól gazowych w USA pokazująca te, które zawierają ekonomicznie opłacalne stężenie helu i te, które nie. Źródło obrazu: American Physical Society, Materials Research Society, American Chemical Society
hel, który znajdujemy na Ziemi, jest w rzeczywistości produktem rozpadu radioaktywnego. Radioaktywne minerały z uranu i toru emitują cząstki alfa, które są cząstkami złożonymi z dwóch protonów i dwóch neutronów. Te cząstki alfa szybko przyciągają elektrony, zamieniając się w nie w atomy helu. W ten sposób rocznie powstaje około 3000 ton helu. To jednak ledwo wpływa na nasze roczne zużycie. Te 6,2 miliarda stóp sześciennych helu, które zużywamy w wyżej wymienionym roku, przekształca się w około 32 000 ton (zakładając, że stopy sześcienne są mierzone w temperaturze 70 ° F i w normalnej atmosferze Ziemi). Zdecydowana większość zasobów Helu, na których polegamy, aby wspierać ten nawyk, jest produktem milionów lat stopniowej akumulacji.
nie cały Hel wytwarzany w ziemi jest również łatwo dostępny, a nawet jeśli jest łatwy do uzyskania, często nie jest ekonomicznie możliwy do zebrania. Po wytworzeniu helu przez pierwiastki promieniotwórcze głęboko pod ziemią, gaz znajduje drogę do tych samych złóż, co gaz ziemny. W rezultacie większość helu jest zbierana przez firmy gazowe jako dodatkowa korzyść. Niestety, ograniczenia obecnej technologii oznaczają, że tylko w przypadku koncentracji większej niż 0,3 proc., firmy gazowe mogą zbierać Hel. W rezultacie dość znaczna ilość helu jest po prostu odprowadzana.
skoro hel jest taki niezbędny, to dlaczego jest taki tani?
Kiedy sterowce i inne sterowce bazujące na Helu wydawały się niezbędne dla obrony narodowej, rząd USA zebrał tyle helu, ile mógł. Hel ten był przechowywany w Amarilla w Teksasie, w Federal Helium Reserve (FHR). Obecnie około 40 procent krajowego helu jest dostarczanych przez FHR. Jednak USA rząd uchwalił przepisy nakazujące, aby Federalna Rezerwa Helu sprzedała swoje rezerwy i zamknęła je w 2021 r., aby odzyskać długi, które zaciągnęła rezerwa i sprywatyzować rynek.
w rezultacie ceny helu pozostały dość niskie — na tyle niskie, że nie czujemy się zbyt źle, gdy pozwalamy zmarnować te cenne rzeczy w balonach na przyjęcia urodzinowe.
mimo to, hel nie jest tak tani, szczególnie dla naukowców, którzy polegają na nim do przeprowadzania eksperymentów. Według raportu z 2016 r. ceny helu wzrosły o 250 procent w ciągu pięciu lat wcześniej. W rzeczywistości niektórzy badacze musieli wydać ponad jedną czwartą swoich funduszy grantowych na zakup ciekłego helu.
niedobór helu nie tylko zaszkodzi badaczom; brak Helu do zastosowania w zaawansowanych technologiach utrudni życie każdemu. W wywiadzie dla USA Today, profesor fizyki Northwestern William Halperin powiedział: „niedobór helu, który jest obecny teraz – i który możemy przewidzieć wzrośnie-dotknie zasadniczo wszystkich.”