液氦是氦的液化體。無(wú)色透明,無(wú)臭無(wú)味。它可獲得mK級的超低溫,是一種最主要的低溫源。具有性質(zhì):如在常壓下永遠不會(huì )凝成固體,沒(méi)有三相點(diǎn),只有當壓力超過(guò)2.5MPa后才出現固相;存在入相變現象,在熔點(diǎn)(2.172K)處比熱、密度等都有突變;存在超流性、爬行膜現象和超導熱性,粘滯系數接近于零。
氦的應用主要是作為保護氣體、氣冷式核反應堆的工作流體和超低溫冷凍劑等等。氦氣在衛星飛船發(fā)射、導彈武器工業(yè)、低溫超導研究、半導體生產(chǎn)等方面具有重要用途。
氦氣的主要用途:
氣球和飛艇
氦氣曾被用來(lái)當做熱氣球和飛艇的驅動(dòng)力,氦氣的密度要比空氣小得多,所以如果往氣球和飛艇里充入氦氣,氣球和飛艇會(huì )冉冉升起,讓我們不用坐飛機也能實(shí)現飛到空中的夢(mèng)想。因為氫氣和空氣混合后會(huì )爆炸,所以氫氣球和氫氣飛艇并不安全。氫氣飛艇曾經(jīng)被當做大型載人飛行器使用,但是在1937年德國的“興登堡號”飛艇在美國著(zhù)陸時(shí)不慎著(zhù)火爆炸之后,它就徹底退出了歷史舞臺。不過(guò),熱氣球和熱氣飛艇還是比較安全的,而且飛行一次的花費也比較便宜。
人造空氣
潛水員常常要使用氦氣和氧氣混合而成的人造空氣。這是因為在水下的高壓環(huán)境下,氮氣會(huì )溶解在血液中,當潛水員上浮的時(shí)候壓力減小,血中的氮氣便紛紛逸出,形成氣泡堵塞血管,使潛水員患上極為難受的“減壓癥”。氦氣在高壓下也難溶于水,所以用它來(lái)代替氮氣就可以解決這個(gè)問(wèn)題。不過(guò)如果我們沒(méi)有氦氣,我們還可以用氖氣—它在高壓下也難溶于水。
保護氣
氦氣在電焊、硅晶片生產(chǎn)中還可以用做保護氣,它可以隔絕氧氣,避免電焊工件、單質(zhì)硅和氧氣發(fā)生討厭的化學(xué)反應。據美國政府有關(guān)部門(mén)統計,2000年美國消耗的所有氦氣中,有18%用在了焊接上,還有16%用作其他工業(yè)的保護氣。不過(guò)如果沒(méi)有氦氣,氬氣一樣可以出色地完成服務(wù),而且還便宜得多。
低溫超導技術(shù)
要說(shuō)缺乏氦氣最嚴重的后果,也無(wú)非是嚴重阻礙低溫技術(shù)的應用,其中受到更大影響的就是低溫超導技術(shù)了?,F在已知所有的超導材料都要在-130℃以下的低溫中才能表現出超導特性,其中應用最廣泛的那幾種(比如Nb3Sn)更是需要比液氫的沸點(diǎn)還低的轉變溫度,這時(shí)候只有液氦能比較簡(jiǎn)便地實(shí)現這樣的極低溫。雖然我們完全可以用別的辦法實(shí)現同樣的低溫,但都不如液氦實(shí)惠。顯然,假如我們沒(méi)有氦,低溫超導技術(shù)的普及就會(huì )受到嚴重的阻礙;低溫超導技術(shù)如果不能普及,醫院就會(huì )用不起核磁共振成像儀(它需要超導材料制造強磁場(chǎng))。