氦气是宇宙中最多的物质之一，在宇宙刚刚诞生的时候，大爆炸的过程中就会产生一部分氦。

后来宇宙冷却下来，宇宙中的氢聚集成了最原始的恒星，在燃烧的过程中又会产生氦。

目前整个宇宙中大概23%的成分是氦，其含量仅次于氢，但是这种成分在地球上却非常的少。

地球上的大部分氦气控制在美国手里。因为美国拒绝提供氦气，航空史上曾经发生过一次惨烈的空难，

▍氦为什么在地球上含量很少？

氦由两个中子和两个质子组成，是一种惰性元素，不和任何其他的元素形成化合物，只能以单质存在，那就是氦气。

氦气是一种单原子分子，和亲戚氢不一样，氢气分子有两个原子。

氦气非常轻，密度为0.18克每升，仅比氢气要高，会在空气中上升到大气层顶部，扩散到宇宙空间。

因此，宇宙不缺氦，地球上却留不住，因而是地球上含量非常稀有的一种元素。

氦气和天然气是伴生资源，天然气是工业上提取氦的唯一源头。

美国控制着全世界绝大部分氦气资源，想卡谁就卡谁。

美国之所以能够成为世界上氦资源霸主，首先是美国的天然气中氦的含量比较高，其次，美国有先进的氦提纯技术。

▍氦的工业用途。

氦轻，可以联想到它可以用来充填气球，因为氦气不会燃烧不会爆炸，所以非常安全。

1936年，德国建造了一艘世界上最大的飞艇兴登堡号。

飞艇长有245米，可以搭载110名成员往返于大西洋的两岸，那个时候还没有飞机可以飞越大西洋。

这艘飞艇是一个硬壳的飞艇，里面有16个气囊，气囊使用氢气。为了防止火灾，准备在气囊之间充填氦气，但是美国禁止向德国出口氦气，所以原来的设计就不能用，结果在气囊之间也充填了氢气。

飞艇在新泽西着陆的时候，因为氢气泄漏引发大火而坠毁。

随着科学的进步，氦气的用途越来越广泛，它可以制造超低温，超导核磁共振仪上的超导器件就要用氦来冷却。

我国最新建成的山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程，里面的冷却剂就是氦气。

高温气冷堆是目前世界上最先进和最安全的核反应堆，也是我国今后要大量建设的堆型。

缺乏氦气反应堆就没有办法正常运行，而且在运行的过程中，氦气还会有一定的自然泄漏，所以每隔一段时间要补充。

目前该电站的第一回路才使用氦气，第二回路仍然是烧水产生蒸汽，推动蒸汽轮机。

但是这样反应堆的体积比较大，高温气冷堆最大的优势就是它可以直接用气体来推动涡轮机，但是这会大量增加氦气的用量。然而这却是今后的发展趋势。

所以，中国对氦气的需求今后会越来越多。

▍氦的提纯、液化有多难？

从天然气中分离氦要经过多次分离，最后一次要和氢气分离，氢的液化很难，氦气液化比氢还要难。

而且，我国天然气中氦的含量偏低，这又加大了提纯的难度。

原理上来说，只要把温度降到足够的低。氦气就可以被液化。

但是一般的情况下，冰箱里面的制冷剂气化温度和制冷温度不能相差太多，否则就难找到合适的制冷剂。

但是氦又是自然界中液化温度最低的，所以它的液化方法非常特殊，必须进行多级液化，自己冷却自己。

1959年，我国科学家在实验室中制备出了第1瓶液态的氦，但是仅仅是限于实验室用途，产量很少，没有办法大规模工业应用，要实现大规模液化氦，必须达到100瓦级以上的制冷功率。

天然气的主要成分是甲烷，其次是乙烷，丙烷再次是硫化氢、水汽、氮气、一氧化碳、氢气，剩下的是稀有气体氦。

所以从实际的角度上来看，氦气实际上是一种杂质成分，通常的情况下都是要被剔除的，现在要把这种杂质单独提炼出来，所以有相当的难度。

美国的氦气资源丰富，只是相对的，其绝对值只占天然气含量的1%。

工业上制取氦气采用的是冷凝法。在零下161度甲烷会被液化，零下195.8度的时候，氮气会被液化。

剩下的气体里面就是氢气和氦气的混合物。在零下253度的时候，氢气会被液化，剩下的就是氦气。

2021年，由中科院理化技术研究所承担的大规模低温提取氦气的技术获得了成功。

突破了以下技术节点：大型低温制冷系统整机设计体系构建及控制技术、系列化气体轴承氦透平膨胀机技术、大型超流氦负压换热器技术、大型高效氦气喷油螺杆压缩机技术、高稳定性离心式冷压缩机技术、大型复杂低温制冷系统集成与调试技术。

目前该技术已经投入实际工业生产。

▍我国的氦气资源。

目前，我国每年需要氦气超过4000吨，自产氦气只能满足5%的需求。

所以中国氦气的缺口是极大的，如果没有氦气的提纯和低温液化设备，都会随着天然气燃烧而白白的浪费掉。

我国在青海盐湖有一个天然气氦矿，这个矿里面的氦气相对来说还比较丰富，按中科院的技术，设计提纯指标是每年生产20吨的氦气。

而除此以外，塔里木盆地的天然气中也含有氦，但是总的来说，中国氦气矿的平均丰度只有美国的1/3。

所以从中国的天然气中提取氦的难度要比美国大，因此，中科院开发的大功率提取技术特别有意义。

随着我国低温制取氦气的技术普及，今后氦气产量会年年提高。即使国外卡脖子，也不会一下子窒息。