jeden z naszych techników narzekał na Hel. W szczególności ciekły hel. Okazuje się, że jednym z instrumentów, który go potrzebuje, był niski i miał problemy z uzyskaniem więcej. Moja pierwsza odpowiedź brzmiała-cóż, oczywiście nie można go uzyskać z powodu problemów z budżetem. Nie, mamy pieniądze na Hel. Zamiast tego brakuje helu. Naprawdę, to nie jest dobra wiadomość. Dlaczego?
ok, pozwól, że zadam kilka pytań, a potem sam na nie odpowiem. Na niektóre z tych pytań i odpowiedzi udzielam tylko przybliżonej odpowiedzi. Powinno być jasne, że nie jestem ekspertem od Helu. Wiem o tym. Jeśli wdychasz w płuca pełne Helu, a następnie biegniesz korytarzem, aby zaskoczyć kogoś swoim wysokim głosem, zemdlejesz. Prawda Scott?
dlaczego brakuje helu?
szczerze mówiąc, nie znam wszystkich szczegółów. Część odpowiedzi zależy od polityki. W USA znajduje się Narodowy Rezerwat Helu w Amarillo w Teksasie. Jednak ustawa O prywatyzacji Helu z 1996 roku miała na celu rozpoczęcie jej sprzedaży. W rezultacie w rezerwacie nie ma tak dużo helu.
ponadto niektórzy producenci helu mieli własne problemy z zaopatrzeniem. Te dwa problemy razem oznaczają, że nie ma tyle Helu do obejścia.
skąd w ogóle masz Hel?
Hel można zazwyczaj znaleźć w miejscach, gdzie znajduje się gaz ziemny. Problem polega na tym, że dodanie Helu z drugiego gazu może być trudne. Najłatwiej jest wydobywać „suchy” gaz ziemny (tak naprawdę nie znam różnicy między suchym a nie suchym gazem – po prostu postępuję zgodnie z tym, co mi powiedziano). Jednak to firmy energetyczne zazwyczaj otrzymują gaz ziemny. Dla nich chcą „mokrego” gazu ziemnego. To część problemu z pozyskiwaniem helu.
czy to oznacza koniec balonów urodzinowych?
pod względem całkowitego zużycia helu, ilość używana w balonach urodzinowych jest dość mała. Znacznie większe zastosowania mają balony pogodowe i chłodzenie rzeczy ciekłym helem. Jednak większość ludzi prawdopodobnie zgodzi się, że w czasach niedoboru balony urodzinowe mają dość niski priorytet. Tak więc, tak, będziesz miał problem ze znalezieniem helu dla swoich balonów. Można je napełnić gazem wodorowym.
a co z ciekłym helem?
podstawowym powodem stosowania ciekłego helu jest to, że jest zimny. Super zimno. Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym ciekły hel gotuje się w temperaturze zaledwie 4,2 Kelvina (-452,11 Fahrenheita). Tak. To zimne. Po co coś tak zimnego? Super przewodzące magnesy. W przypadku niektórych materiałów, gdy są wystarczająco zimne, rezystancja materiału osiąga zero omów. Oznacza to, że można przepuścić przez niego prąd, a materiał będzie działał jak magnes. Nie byle jaki magnes, ale super silny magnes.
komu potrzebny super magnes? Dwa najczęstsze zastosowania są dla spektroskopii jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) i rezonansu magnetycznego (MRI). Powiedzmy tylko (na razie), że zarówno instrumenty NMR, jak i MRI wykorzystują duże pola magnetyczne do interakcji z właściwościami jądrowymi próbki. W ten sposób można uzyskać dane przestrzenne (w MRI) lub dane składu (NMR). Wiem, że to prawdopodobnie okropna odpowiedź, ale na razie powinna wystarczyć.
co się stanie, jeśli przestaniesz umieszczać ciekły hel w NMR?
wkładasz ciekły hel do NMR i utrzymuje magnes na zimno. Oczywiście dzieje się tak, ponieważ część helu przechodzi fazowo z cieczy do gazu i to wymaga energii. Energia ta pochodzi z magnesu, co powoduje spadek temperatury. Gdyby to było idealnie zaizolowane, nie byłoby problemu. Ale to nie jest idealne. Hel wyparowuje, aby utrzymać temperaturę magnesu. Dla NMR na Southeastern Louisiana University, trzeba dodać około 30 litrów ciekłego helu co dwa i pół miesiąca.
ale co się stanie, jeśli tego nie zrobisz. czy to po prostu nie zadziała? Jeśli tego nie zrobisz, dzieją się złe rzeczy. Pamiętajcie, że w tym nadprzewodzącym magnesie jest stały prąd. Może utrzymywać stały Prąd bez źródła zasilania, ponieważ rezystancja wynosi zero. Kiedy się rozgrzeje, nie ma już zerowego oporu. Gdy występuje opór, następuje wzrost energii cieplnej, który zwiększa opór. Dla naszego magnesu 49 kjouli energii jest przechowywane w prądzie i ta energia musi iść gdzieś, gdy magnes się rozgrzeje. Proces ten nazywa się „hartowaniem”. Kiedy magnes się nagrzewa, coraz więcej ciekłego helu (i zwykle jest trochę ciekłego azotu, aby utrzymać ciekły hel w chłodzie) gotuje się dość szybko. Oto przykład.
Oh-I tak, jest sposób na rozgrzanie magnesu bez złych rzeczy. Jednak nie jest łatwo przywrócić go do stanu roboczego.
jak zrobić ciekły hel?
to nie jest łatwe. Nie można po prostu włożyć balonu z helem do zamrażarki, dopóki nie zamieni się w płyn. Cóż, myślę, że mógłbyś, gdybyś miał wystarczająco zimną zamrażarkę. Problem w tym, że zamrażarka musiałaby być zimna ciekłym helem lub czymś takim. Pozwólcie, że wyjaśnię ten proces w uproszczeniu.
zacznę od przykładu. Weź jedną z tych dużych plastikowych strzykawek. Po prostu połóż palec na końcu i ściśnij gaz w środku. Można zauważyć, że rura robi się cieplej. Jeśli przytrzymasz go w ten sposób przez jakiś czas, rurka (i gaz w środku) ostygną do temperatury pokojowej. Teraz wyciągnij tłok z powrotem, aby rozszerzyć Gaz. Kiedy Gaz się rozszerza, robi się chłodniej.
dla Helu bierzesz gaz i kompresujesz. Następnie schładzasz sprężony gaz i pozwalasz mu się rozwinąć. To wszystko. Rób to w kółko, dopóki nie zmarzniesz. Istnieje kilka sztuczek, ale to jest podstawowa idea.
nie mógłbyś odzyskać Helu z NMR?
tak, jest to technicznie możliwe. Jednak jest to również technicznie bardzo drogie. Trzeba mieć jakieś urządzenie do przechwytywania helu, gdy zamienia się w gaz. Następnie trzeba by go zebrać i przepuścić do skraplacza helu. Te skraplacze są naprawdę drogie. Większość obiektów otrzymuje więcej ciekłego helu co kilka miesięcy.
Image: crdotx/Flickr