在纽约市,一年一度的梅西百货感恩节游行总共使用了大约40万立方英尺的氦气来为其标志性的巨型气球充气。氦除了比空气轻,不易燃以外,作为超导材料的冷却剂也非常有用,这使氦气对许多科学和医学工作都至关重要,包括核磁共振机器和大型强子对撞机等粒子加速器。那么,你能测量一个充气史努比或皮卡丘的科学价值吗?
氦是宇宙中最轻、最丰富的元素之一,但在地球上,它的供应是有限的。这种气体主要是作为采矿作业的副产品收集的。据氦气市场专家菲尔·科恩布鲁斯说,新冠疫情大大减少了氦气的需求。而根据2020年6月《今日物理学》的报道称,与几年前不同,“研究人员现在报告称,他们在获取氦方面没有问题。”
科恩布鲁斯说,全球对氦气的需求在新冠疫情期间下降后正在回升,尽管卡塔尔和俄罗斯东部的开采项目意味着未来六个月将是全球“氦供应的长期拐点”,供应也将持续增加。因此,没有必要为梅西百货每年一次使用这种宝贵的气体资源而感到担心。
虽然气球的体积各不相同——梅西百货的卡通明星气球们大多有25英尺宽和高,而龙珠Z悟空有70英尺长,56英尺高,每个气球平均装满了大约12000立方英尺的氦气,而一个标准的聚会气球大约含有0.4立方英尺的氦气,所以大约需要3万个气球才能接近梅西百货一个气球的氦气量。
也许氦最重要的科学应用是在医疗技术上。液态氦的温度足够低,使得核磁共振成像仪中的磁体具有超导性,从而使设备能够对你体内的软组织进行无创、高质量的成像。较新的技术允许重复使用这种气体(而不是让它在地球大气层中蒸发掉),但传统的核磁共振机器使用大约1500升和1700升的液氦,且需要定期补充。氦在不同的状态下有不同的体积;据一家工业气体供应商称,在一个大气压下,1升的液氦相当于26.63立方英尺的气体。这意味着,粗略地说三个梅西百货的卡通气球可以为一台核磁共振机器提供氦气。
但这种气体也有非医疗用途。以大型强子对撞机(Large Hadron Collider)为例,这是位于瑞士欧洲核子研究中心的一个大型物理实验装置,该对撞机的所有八个弯曲部分都用液氦冷却。加速和碰撞物质可以帮助物理学家发现新的粒子,就像2012年的希格斯玻色子一样。2014年,整个加速器花费了130吨液氦用于冷却;据媒体报道,液氦每周都由卡车送达。
氦也用于天体物理学。和梅西百货一样,NASA用为气球充氦使其升空,当然,NASA的气球能升到更高的高度。这些气球被用于天文学、研究地球大气层和探测来自太空的高能辐射。据媒体报道,2009年,该机构签署了一份为期五年的合同,斥资5650万美元购买1250万升液态氦和2.12亿立方英尺气态氦。根据该机构提供的数据,每年最多可以使用1亿立方英尺的氦。
氦也被用作氢气系统中的净化气体,这是火箭发射所需要的。事实上,NASA是世界上最大的氦消费机构之一,如果没有它,该机构的许多项目就无法启动。
自从梅西百货开始在游行中使用气球以来,它们一直都充氦气,只有一次例外,那是在1958年,由于氦气短缺,该公司不得不使用空气填充气球,再用起重机吊着气球巡游。
(独家编译:科幻世界)
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