氦气

氦气（Helium, He）特性、应用及标准气体

氦气（He）是一种无色、无味、无毒的惰性气体，化学性质极不活泼，具有低密度、高导热性和低溶解度等特点，广泛应用于工业、科研、医疗等领域。以下是关于氦气的详细介绍：

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1. 氦气的基本性质

• 化学符号：He

• 原子序数：2

• 密度：0.1785 g/L（标准状况下，最轻的气体之一，仅次于氢气）

• 沸点：-268.9°C（4.2 K，接近绝对零度）

• 特点：

  • 惰性气体，几乎不与其他元素反应

  • 不可燃、无毒，但高浓度下可能导致窒息

  • 超低温下可形成超流体（量子效应）

  • 高导热性，声音传播速度极快

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2. 氦气的纯度等级

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3. 氦气的应用领域

（1）工业应用

• 气球 & 飞艇充气：比氢气安全（不可燃）。

• 焊接保护气（TIG焊接）：防止金属氧化，提高焊接质量。

• 泄漏检测：氦质谱检漏仪（He 分子小，易渗透）。

• 光纤制造：保护光纤拉丝过程，防止气泡产生。

（2）医疗应用

• 核磁共振（MRI）：超导磁体冷却（液氦，-269°C）。

• 呼吸混合气：用于潜水（氦氧混合气，防止氮麻醉）。

（3）科研与高科技

• 超导技术：粒子加速器（如CERN）、量子计算机冷却。

• 气相色谱（GC）载气：高纯氦提高检测灵敏度。

• 低温物理实验：接近绝对零度的研究。

（4）其他用途

• 半导体制造：刻蚀和沉积工艺的保护气。

• 娱乐：吸入氦气改变声带振动（声音变尖）。

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4. 氦气标准气体

氦气可作为平衡气或载气用于配制标准气体，常见组合包括：

• He 混合气：

  • He + H₂（氢气检测仪校准）

  • He + CH₄（天然气分析）

  • He + CO₂（环境监测）

• 纯氦标准气：

  • 用于校准质谱仪、气相色谱仪（如99.9999% He）。

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5. 氦气的储存与安全

• 储存方式：高压钢瓶（通常10~15 MPa），液氦需专用杜瓦罐。

• 安全注意事项：

  • 高浓度氦气可能导致缺氧窒息（无警示性）。

  • 液氦接触皮肤会造成严重冻伤。

  • 避免与可燃气体混合（虽不反应，但可能改变燃烧条件）。

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6. 氦气供应与市场

• 全球主要生产国：美国、卡塔尔、阿尔及利亚（依赖天然气提取）。

• 中国供应：依赖进口，但近年来加大勘探（如四川盆地）。

• 价格波动：受资源稀缺性影响，价格较高（尤其是高纯氦）。

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7. 常见问题（FAQ）

Q1: 氦气为什么不能人工合成？
A1: 氦是宇宙中第二轻的元素，地球上的氦主要来自放射性衰变（如铀、钍），难以通过化学反应制造。

Q2: 氦气会耗尽吗？
A2: 氦是不可再生资源，回收利用（如MRI液氦回收）是关键。

Q3: 氦气与氢气哪个更安全？
A3: 氦气更安全（不可燃），氢气易燃易爆，但密度更低。