Um dos nossos técnicos estava reclamando sobre o hélio. Em particular, hélio líquido. Acontece que um dos instrumentos que precisa dele era baixo e ele estava tendo dificuldade em conseguir mais. A minha primeira resposta foi-bem, é claro que não podes obtê-la por causa das questões orçamentais. Não, temos o dinheiro para o hélio. Em vez disso, há falta de hélio. A sério, isto não são boas notícias. Por quê?Ok, deixe – me fazer algumas perguntas e depois responder-lhes Eu mesmo. Para algumas destas perguntas e Respostas, estou apenas a dar uma resposta aproximada. Deve ficar claro que não sou especialista em hélio. Eu sei disso. Se respirares nos pulmões cheios de hélio e depois correres pelo corredor para surpreender alguém com a tua voz aguda, vais desmaiar. Certo, Scott?
Por que há uma hélio falta?honestamente, não sei todos os detalhes. Parte da resposta depende da política. Os EUA têm uma Reserva Nacional de hélio em Amarillo Texas. No entanto, a Lei de privatização do hélio de 1996 pretendia começar a vender isto. O resultado é que não há tanto hélio na reserva.além disso, alguns dos produtores de hélio tiveram seus próprios problemas de abastecimento. As duas questões juntas significam que não há tanto hélio para circular.
de onde você obtém hélio de qualquer maneira?
você geralmente pode encontrar hélio em lugares onde você encontra gás natural. O problema é que pode ser difícil extra o hélio do outro gás. É mais fácil quando a mineração de gás natural “seco” (eu realmente não sei a diferença entre o gás seco e não Seco-eu estou apenas indo pelo que me foi dito). No entanto, as empresas de energia são as que geralmente recebem gás natural. Para eles, querem o gás natural “molhado”. Então, isso é parte do problema de obter hélio.isto significa que não há mais balões de aniversário?
em termos de uso total de hélio, a quantidade usada em balões de aniversário é bastante pequena. Usos muito maiores são para balões meteorológicos e coisas de refrigeração com hélio líquido. No entanto, a maioria das pessoas provavelmente concordaria que em tempos de escassez balões de aniversário são muito baixa prioridade. Por isso, sim, vais ter dificuldade em encontrar hélio para os teus balões. Acho que podemos enchê-los de hidrogénio.
e o hélio líquido?
a principal razão para usar hélio líquido é que ele é frio. Super frio. À pressão atmosférica normal, o hélio líquido ferve à temperatura de apenas 4,2 Kelvins (-452,11 Fahrenheit). Sim. Isso é frio. O que precisa de algo tão frio? Ímanes super condutores. Para alguns materiais, quando você os coloca frios o suficiente a resistência do material vai para zero ohms. Isso significa que você pode passar alguma corrente através dele e o material vai agir como um íman. Não é um íman qualquer, mas um íman super forte.quem precisa de um super íman? As duas utilizações mais comuns são a espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (NMR) e a imagiologia por Ressonância Magnética (MRI). Digamos apenas (por agora) que tanto os instrumentos NMR como MRI usam grandes campos magnéticos para interagir com as propriedades nucleares da amostra. Ao fazer isso, você pode obter dados espaciais (na ressonância magnética) ou dados de composição (RMN). Sei que essa é provavelmente uma resposta terrível, mas deve ser suficiente por agora.o que acontece se parar de colocar hélio líquido num NMR?você coloca o hélio líquido no NMR e ele mantém o íman frio. Claro, ele faz isso porque parte do hélio faz a transição de fase de um líquido para um gás e isso requer energia. Esta energia vem do íman fazendo com que diminua a temperatura. Se a coisa estivesse perfeitamente isolada, não haveria problema. Mas não é perfeito. O hélio continua a evaporar para manter a temperatura do íman. Para a RMN na Universidade de Southeastern Louisiana, você precisa adicionar cerca de 30 litros de hélio líquido a cada dois meses e meio.
mas o que acontece se não o fizer. irá simplesmente não funcionar? Se não o fizeres, acontecem coisas más. Lembre-se, há uma corrente constante neste íman supercondutor. Ele pode manter uma corrente constante sem uma fonte de energia porque a resistência é zero. Quando aquece, já não tem resistência zero. Quando há resistência, há um aumento na energia térmica que aumenta a resistência. Para o nosso íman, 49 kJoules de energia são armazenados na corrente e esta energia tem de ir a algum lado quando o íman aquece. Este processo é chamado de “apagamento”. Quando o íman fica quente, mais e mais do hélio líquido (e geralmente há algum nitrogênio líquido para ajudar a manter o hélio líquido frio) ferve rapidamente. Aqui está um exemplo.e sim, há uma maneira de aquecer o íman sem que aconteçam coisas más. No entanto, não é fácil levá-lo de volta à condição de trabalho.como se produz hélio líquido?não é fácil. Não se pode pôr um balão de hélio num congelador até se transformar num líquido. Bem, acho que podias, se tivesses um congelador frio o suficiente. O problema é que o congelador teria de ser mantido frio com hélio líquido ou algo assim. Permitam-me que explique o processo em termos demasiado simplificados.
Deixe-me começar com um exemplo. Toma uma daquelas seringas de plástico grandes. Põe o dedo na ponta e comprime o gás lá dentro. Pode notar que o tubo fica mais quente. Se você segurá – lo assim por algum tempo, o tubo (e o gás dentro) vai arrefecer para a temperatura ambiente. Agora puxe o êmbolo para fora para expandir o gás. Quando o gás se expande, fica mais frio.para o hélio, pega no gás e comprime-o. Depois arrefece-se o gás comprimido e deixa-se expandir. É isso. Continuas a fazer isto vezes sem conta até arrefeceres o suficiente. Há alguns truques, mas essa é a ideia básica.não podias reciclar o hélio do NMR?sim, isto é tecnicamente possível. No entanto, também é tecnicamente muito caro. Precisaria de um dispositivo para capturar o hélio à medida que se transforma num gás. Então você precisaria coletá-lo e colocá-lo em um liquidificador de hélio. Estes liquefeitos são muito caros. A maioria das instalações obtém mais hélio líquido a cada dois meses.
imagem: crdotx/Flickr