Почему гелий принимали за металл, что такое сверхтекучесть, зачем добывать гелий на Луне, почему на Солнце и на Земле он образуется по-разному, и почему учёные требуют увеличить цену на него в десятки раз.
Свойства
Получив такой замечательный прибор, как спектрометр, многие учёные XIX века организовывали свой досуг за установлением местонахождения известных им элементов в космосе.
Таким образом, на Солнце был обнаружен доселе неизвестный элемент, который назвали в честь греческого бога Гелиоса. Причём изначально думали, что это металл (отсюда и характерное «металлическое» окончание в названии).
И только спустя 14 лет, наблюдая извержение вулкана Везувий, учёные поняли, что это газ и что на Земле он также встречается. Это единственный элемент, который в космосе нашли раньше.
Гелий (He) – лёгкий, бесцветный, нетоксичный, негорючий, теплопроводный газ без запаха. Полностью инертен (не вступает в реакцию и не образует соединений ни с одним другим известным элементом).
У гелия самая низкая температура кипения среди всех известных элементов (-268°С). В твёрдое состояние переходит только при 25-кратном увеличении атмосферного давления.
Советский учёный П. Л. Капица открыл свойство сверхтекучести жидкого гелия (способности преодолевать препятствие значительно выше уровня жидкости) за что был удостоен Нобелевской премии по физике.
Применение
Первыми использовать лёгкость He начали военные. Они наполняли им свои дирижабли. Несмотря на то, что гелий несколько тяжелее водорода, в плане безопасности он гораздо предпочтительнее.
Главное сегодняшнее применение жидкого гелия – охлаждение сверхпроводящих магнитов в установках МРТ, спектрометрах ядерного магнитного резонанса, ускорителях частиц и другом оборудовании (в том числе Большом адронном коллайдере).
При электрической дуговой сварке гелий является наилучшим решением для защиты металлов от окисления, что обеспечивает максимальное качество шва. Правда, он менее распространён, чем более дешёвый аргон, но для металлов с высокой теплопроводностью предпочтительнее гелий, даже невзирая на цену.
Воздушная смесь для водолазов состоит из кислорода и гелия. Последний замещает атмосферный азот, который на больших глубинах вызывает серьёзные проблемы со здоровьем ныряльщиков.
В ракетных двигателях гелий обеспечивает необходимое давление для вытеснения топлива.
Наконец, он часто используется в различных научных экспериментах.
Добыча
Солнечная система состоит в основном из водорода (75%) и гелия (23%). Все остальные элементы занимают оставшиеся 2%.
Но если на Солнце гелий образуется в результате термоядерного синтеза, то на Земле он является побочным продуктом распада радиоактивных металлов: урана и тория.
Если он попадает в атмосферу, то благодаря своей лёгкости может преодолеть гравитацию и улететь в космос. К счастью, большая его часть накапливается под землёй и может быть извлечена.
Гелий в подземных резервуарах смешивается с природным газом, а потому производится как побочный продукт при добыче последнего. Максимальная концентрация составляет 7%.
В США добыча гелия является такой же национальной идеей-фикс, как для Китая добыча редкоземельных металлов. На протяжении XX века они вырабатывали около 90% мирового He и даже на какое-то время запрещали его экспорт, что вынуждало европейцев заполнять свои дирижабли опасным водородом и приводило к трагедиям.
В XXI веке мирового гелиевого гегемона начал всерьёз теснить Катар, который инвестировал значительные средства в развитие соответствующих производств.
Запасы
По оценкам, 95% запасов гелия сосредоточено в 4-х странах.
Возможно, в число крупнейших держателей He в ближайшие годы войдёт Танзания, где в 2016 году было обнаружено обширное месторождение.
В России крупнейшим предприятием, производящим гелий, является дочернее подразделение Оренбургского ГПЗ. По оценкам экспертов, если Россия поставит себе такую задачу, то сможет занять лидирующую позицию в мире по производству этого газа.
Добыча гелия на Луне
В природе содержится два стабильных изотопа: гелий-3 и гелий-4.
Соотношение этих двух изотопов на Земле составляет 7,2 к одному триллиону (в пользу второго). На Луне концентрация гелия-3 выше: до 50 частей на миллиард.
Эта разница настолько существенна, что в Китае и Индии всерьёз обсуждается организация его добычи в не столь отдалённом будущем.
Использовать гелий-3 планируется в нескольких областях, в частности, в термоядерной энергетике.
Правда, для начала не помешало бы усовершенствовать процесс самого термоядерного синтеза. Обнадёживающие результаты имеются: в декабре 2022 года Министерство энергетики США объявило о том, что в одной из лабораторий количество энергии «на выходе» превысило соответствующий показатель «на входе».
Цена
Средняя цена на гелий в 2022 году составила $11 за 1 куб. м.
Некоторые учёные считают её чрезмерно низкой, что провоцирует расточительное использование гелия. Например, наполнение воздушных шариков на различных праздничных мероприятиях с последующим запуском в небо.
Подобные действия ведут к безвозвратным потерям ценного элемента (гелий просто уходит в космос).
Как один из вариантов решения этого вопроса предлагается директивно увеличить цену на He в 20 раз.
Возможно, вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Если есть что добавить, пишите комментарий. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.