en av våra tekniker klagade på helium. I synnerhet flytande helium. Det visar sig att ett av instrumenten som behöver det var lågt och han hade problem med att få mer. Mitt första svar var-ja, naturligtvis kan du inte få det på grund av budgetfrågorna. Nej, Vi har pengar till helium. I stället är det brist på helium. Verkligen, detta är inte goda nyheter. Varför?
Ok, låt mig ställa några frågor och sedan svara på dem själv. För några av dessa frågor och svar ger jag bara ett ungefärligt svar. Det borde vara klart att jag inte är expert på helium. Jag vet det här. Om du andas in lungorna fulla av helium och sedan springa ner i korridoren för att överraska någon med din höga röst, du kommer att passera ut. Eller Hur Scott?
varför finns det en heliumbrist?
ärligt talat, jag vet inte alla detaljer. En del av svaret beror på politik. USA har en nationell Heliumreservat i Amarillo Texas. Helium Privatization Act från 1996 syftade dock till att börja sälja detta. Resultatet är att det inte finns så mycket helium i reserven.
utöver detta har några av producenterna av helium haft sina egna försörjningsproblem. De två av dessa frågor tillsammans innebär att det inte finns så mycket helium att gå runt.
Var får du helium från ändå?
Du kan vanligtvis hitta helium på platser där du hittar naturgas. Problemet är att det kan vara svårt att extra helium från den andra gasen. Det är lättast när man bryter ”torr” naturgas (jag vet verkligen inte skillnaden mellan torr och icke-torr gas – jag går bara efter vad jag fick höra). Men energibolag är de som vanligtvis får naturgas. För dem vill de ha den ”våta” naturgasen. Så det här är en del av problemet med att få helium.
betyder detta inga fler födelsedagsballonger?
När det gäller total heliumanvändning är mängden som används i födelsedagsballonger ganska liten. Mycket större användningsområden är för väderballonger och kyla saker med flytande helium. Men de flesta människor skulle förmodligen överens om att i tider av brist födelsedag ballonger är ganska låg prioritet. Så, ja, du kommer att ha problem med att hitta helium för dina ballonger. Jag antar att du kan fylla dem med vätgas.
vad sägs om flytande helium?
den främsta anledningen till att använda flytande helium är att det är kallt. Super kallt. Vid normalt atmosfärstryck kokar flytande helium vid en temperatur på bara 4,2 Kelvin (-452,11 Fahrenheit). Ja. Det är kallt. Vad behöver något så kallt? Super ledande magneter. För vissa material, när du får dem tillräckligt kalla materialets motstånd går till noll ohm. Det betyder att du kan köra lite ström genom det och materialet kommer att fungera som en magnet. Inte bara någon magnet, men en super stark magnet.
vem behöver en supermagnet? De två vanligaste användningarna är för kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR) och magnetisk resonansavbildning (MRI). Låt oss bara säga (för nu) att både NMR-och Mr-instrument använder stora magnetfält för att interagera med provets kärnkraftsegenskaper. Genom att göra detta kan du få rumsliga data (i MR) eller kompositionsdata (NMR). Jag vet att det förmodligen är ett hemskt svar, men det borde vara tillräckligt bra för nu.
vad händer om du slutar sätta flytande helium i en NMR?
du lägger det flytande heliumet i NMR och det håller magneten kall. Naturligtvis gör det detta eftersom en del av heliumet gör fasövergången från en vätska till en gas och det tar energi. Denna energi kommer från magneten vilket gör att den minskar i temperaturen. Om saken var helt isolerad skulle det inte vara något problem. Men det är inte perfekt. Så, helium håller avdunstning för att bibehålla magnettemperaturen. För NMR vid Southeastern Louisiana University måste du lägga till cirka 30 liter flytande helium varannan och halv månad.
men vad händer om du inte gör det. kommer det bara inte att fungera? Tja, om du inte gör det, händer dåliga saker. Kom ihåg att det finns en konstant ström i denna superledande magnet. Det kan hålla en konstant ström utan strömkälla eftersom motståndet är noll. När det värms upp har det inte längre nollmotstånd. När det finns ett motstånd ökar värmeenergin vilket ökar motståndet. För vår magnet lagras 49 kJoules energi i strömmen och denna energi måste gå någonstans när magneten värms upp. Denna process kallas”quenching”. När magneten blir varm kokar mer och mer av det flytande heliumet (och vanligtvis finns det lite flytande kväve för att hålla det flytande heliumet svalt) ganska snabbt. Här är ett exempel.
Åh – och ja, det finns ett sätt att värma upp magneten utan att dåliga saker händer. Det är dock inte lätt att få det tillbaka till fungerande skick.
Hur gör du flytande helium?
det är inte lätt. Du kan inte bara lägga en heliumballong i en frys tills den förvandlas till en vätska. Ja, jag antar att du kunde om du hade en tillräckligt kall frys. Problemet är att frysen måste hållas kall med flytande helium eller något. Låt mig förklara processen i över förenklade termer.
Låt mig börja med ett exempel. Ta en av de stora plastsprutorna. Sätt bara fingret över slutet och komprimera gasen inuti. Du kanske märker att röret blir varmare. Om du håller det så länge, kommer röret (och gasen inuti) att svalna till rumstemperatur. Dra nu tillbaka kolven för att expandera gasen. När gasen expanderar blir den kallare.
för helium tar du gasen och komprimerar den. Sedan kyler du av den komprimerade gasen och låter den expandera. Det är det. Du fortsätter bara att göra detta om och om igen tills du får sakerna tillräckligt kalla. Det finns några knep, men det är grundtanken.
kunde du inte återvinna helium från NMR?
ja, det här är tekniskt möjligt. Men det är också tekniskt mycket dyrt. Du skulle behöva ha någon enhet för att fånga helium som det förvandlas till en gas. Då skulle du behöva samla in den och köra den i en helium flytande. Dessa kondensatorer är verkligen dyra. Så, de flesta anläggningar får bara mer flytande helium varje par månader.
bild: crdotx / Flickr