- även om det vanligtvis används för att få ballonger att flyta, är helium faktiskt en dyrbar, icke-förnybar resurs.
- utan helium kan en hel del vetenskaplig forskning inte genomföras, och teknik som MR-maskiner fungerar inte.efterfrågan på helium är enorm och växande; det finns inget sätt att skapa artificiellt helium ekonomiskt och inget sätt för jordens heliumbutiker att upprätthålla efterfrågan.
Helium är det näst vanligaste elementet i universum och står för 23 procent av all normal Materia. Men trots att det är extremt vanligt i hela universum är det ytterst sällsynt på jorden. För varje miljon luftpartiklar i vår atmosfär är endast cirka 5,2 av dessa helium.
När heliumballonger släpps ut på ett barns födelsedagsfest, flyr helium ut i den övre atmosfären. Helium är ett exceptionellt lätt element, så det stiger till toppen av atmosfären, där det är minst tätt. Man kan tro att en lätt gas som helium skulle fastna här, skjutas upp av den tätare luften under den och pressas ner av jordens gravitation. Men heliummolekyler så högt upp i atmosfären kan lätt utsättas för solvindströmmarna av högenergipartiklar från vår sol — som oåterkalleligt blåser heliumet bort i rymden.
detta är ödet för de 6,2 miljarder kubikfot helium som vi använder på ett år. Enkelt uttryckt är helium en ändlig resurs på jorden, och slut på det betyder att ge upp mycket mer än ballonger och pipiga röster.
vad är så speciellt med helium?
Helium har några unika egenskaper som gör det till ett kritiskt ämne för många forskare och forskare. Viktigast är att inget annat element kan bli så kallt som helium utan att frysa. Faktum är att helium inte fryser alls. När helium kyls till ca 4 Kelvin blir det en vätska. Kelvin-skalan är ett absolut mått på temperatur baserat på graden av rörelse i molekyler, så 0 Kelvin är så kallt som fysiskt möjligt. För ett visst perspektiv på hur kallt 4 Kelvin är, fungerar det att vara -452.47 Fahrenheit-eller, -269.15 Celsius.
detta är viktigt på grund av en annan upptäckt som forskare gjort: vissa material förlorar alla elektriska motstånd när de kyls tillräckligt. Dessa kallas superledare, och de används i en mängd olika högteknologiska enheter-partikelacceleratorer, vissa kärnreaktorer, masspektrometrar och MR — maskiner. Utan flytande helium är dessa tekniker inte möjliga, och det finns inget livskraftigt substitutämne.
Var får vi helium från i första hand?
en karta över stora gasfält i USA som visar de som innehåller en ekonomiskt livskraftig koncentration av helium och de som inte gör det. Bildkälla: American Physical Society, Materials Research Society, American Chemical Society
heliumet som vi hittar på jorden är faktiskt en produkt av radioaktivt sönderfall. Radioaktiva mineraler gjorda av uran och torium avger alfapartiklar, som är partiklar som består av två protoner och två neutroner. Dessa alfapartiklar lockar snabbt elektroner och förvandlas till heliumatomer. På detta sätt genereras uppskattningsvis 3 000 ton helium per år. Detta gör dock knappt en buckla i vår årliga konsumtion. Att 6,2 miljarder kubikfot helium som vi konsumerar i år som nämns ovan omvandlas till cirka 32 000 ton (förutsatt att kubikfotarna mäts vid 70 kcal F och under jordens normala atmosfär). Den stora majoriteten av heliumreserver som vi litar på för att stödja denna vana är en produkt av miljontals år av gradvis ackumulering.
inte allt helium som genereras i jorden är lättillgängligt heller, och även när det är lätt att komma åt är det ofta inte ekonomiskt möjligt att samla in. Efter helium skapas av radioaktiva grundämnen djupt under jord, finner gasen sin väg till samma avlagringar som naturgas. Som ett resultat samlas majoriteten av helium in av naturgasföretag som en tilläggsförmån. Tyvärr innebär gränserna för nuvarande teknik att det bara är värt gasföretagens tid att samla helium om det finns en koncentration på mer än 0,3 procent. Följaktligen ventileras en ganska betydande mängd helium helt enkelt bort.
om helium är så viktigt, varför är det så billigt?
tillbaka när blimps och andra heliumbaserade luftskepp verkade som om de skulle vara avgörande för det nationella försvaret, samlade den amerikanska regeringen så mycket helium som möjligt. Detta helium lagrades i Amarilla, Texas, i Federal Helium Reserve (FHR). Idag levereras cirka 40 procent av landets helium av FHR. Men USA. regeringen antog lagar som föreskriver att Federal Helium Reserve säljer sina reserver och stänger 2021, i ett försök att få tillbaka skulder som reserven hade ådragit sig och privatisera marknaden.
som ett resultat har heliumpriserna varit ganska låga nog att vi inte känner oss så illa om att låta dessa dyrbara saker slösa i ballonger för födelsedagsfester.trots detta är helium faktiskt inte så billigt, särskilt inte för forskare som är beroende av det för att utföra experiment. Enligt en rapport från 2016 ökade heliumpriserna med 250 procent under de fem åren tidigare. Faktum är att vissa forskare har varit tvungna att spendera mer än en fjärdedel av sina bidragsmedel på att köpa flytande helium. en heliumbrist kommer inte bara att skada forskare; bristen på helium för användning i högteknologiska applikationer kommer att göra livet svårare för alla. I en intervju med USA Today, Northwestern physics professor William Halperin sa, ” bristen på helium som är närvarande nu — och som vi kan förutse kommer att öka — kommer att påverka i stort sett alla.”