地球上的氦气快用光了，该怎么办？

氦气的特性使其可以用于许多不同的用途，从冷却到为飞艇提供升力。通过了解其低温原理的基本知识，彩霸王可以了解这种气体的工作原理及其各种用途。

19世纪早期法拉第和焦耳的实验中出现了低温科学的方方面面。低温涉及使材料承受极低的温度，通常低于-150。°C。使用液氮或液氦等低温液体，彩霸王可以在不担心与高温过程相关的火灾隐患的情况下，安全地达到极端温度。这些物质在任何涉及寒冷环境的项目中都起着不可或缺的作用。

氦气具有低温过程中可用的多种特性。它的沸点比大多数其他元素都要低，这样才能快速有效地达到非常低的温度。由于它的无毒性，这个过程也是安全的。难怪这么多行业更依赖氦的低温原理和应用。

低温技术是什么？

低温研究材料在极低温下的生产和行为。低温液体如氦气的温度范围介于-271.15。°C至-196°在这些低温环境中，低温应用具有增强强度、提高导电性、增强隔热等特点。

低温技术背后的原理包括控制冷却速度。这是通过使用沸点和蒸发速率来实现所需的温度范围。在某些情况下，这涉及到使用机械制冷剂甚至液氮将材料迅速冷却到零度以下。通过操作环境，材料可以冷却到室温以下，而不是将其物理状态从固体变成液体。

然而，并不是所有的材料在暴露在极端寒冷的条件下都会有相同的反应。比如，无论冷却多远，氦气仍然是气体，而水是0。°C会变成冰。了解每种材料在不同温度下的独特性，有助于科学家确定哪些材料最适合特定的低温应用。

氦的性质

氦是一种具有两种天然同位素的元素，即氦3和氦4。在这两种同位素中，氦4是最丰富的，约占地球上所有天然氦原子的99.9%。它具有许多独特的特性，使其在低温应用中具有不可估量的价值。

当冷却接近绝对零(-2733°C）在温度下，液氦表现出超流动性，即其粘度降至零，并能在没有任何阻力的情况下流动。这一特点使得浸入液氦中的小物体比在正常重力条件下移动得更快，从而使其能够用于科学研究。

另外，在某些工业过程中，低冷凝温度使氦气成为减压的理想选择(如低温学和半导体制造)。

氦的其它主要特性包括：

-极低沸点269℃；

随着压力的增大，导热系数增大，在大气压力下，空气导热系数可达十倍；

当压缩成液体时，其密度增加近200倍；

结合低冷凝温度和高热导率，使其成为将制冷系统冷却到接近绝对零温度的较佳材料之一。

氦在航空航天、核能发电、医学成像和电子产品生产等许多行业和领域都发挥着重要作用。了解极端温度和压力下不同元素的行为方式，有助于科学家更好地理解支配彩霸王宇宙的基本物理规律。这让彩霸王更接近解开物质本身的秘密。

温度范围的低温应用

低温通过使用氦气作为冷却剂来实现。为了保持这些极低的温度，低温系统必须密封并与外部热源隔离。这样可以保持稳定的温度，同时也可以允许不同组件之间的能量交换。在某些情况下，例如，液氮或其他低温气体也可以用来实现比单独使用氦气更低的温度。

这些超低温有助于提高精度和准确性，在执行一些需要极端温度控制的程序或实验时。此外，它们还允许研究人员研究只存在于狭窄温度或压力范围内的现象。

氦冷却系统的使用使得许多独特的应用成为可能。例如，粒子加速器等高精度仪器可以通过在绝对零附近运行的冷却剂系统正常安全地运行。同样，各种类型的储物容器在不降解或污染的情况下，依靠类似的技术长期保存其内容物。

假如没有可靠的低温学，今天很多重要的技术根本就不存在。

如何影响极低温度的材料？

材料在极低的温度下会受到各种物理影响。

这些材料必须经过精确的设计，才能承受这种条件，从抗热震性和温度引起的断裂到低温应力。

抗热震性是设计任何低温设备或结构时的重要因素。为了防止设备或结构因温度突然变化而损坏，必须使用特殊的绝缘材料。低温绝缘有助于保护设备内部部件免受环境温度快速变化的影响。如果处理不当，可能会随着时间的推移而开裂等形式的损坏。

另一种影响是低温引起的温度诱导断裂(TIF)。TIF可能发生在某些类型的金属在低温下变脆，在应变或压力下更容易破裂。

脆性取决于使用的金属类型。因此，设计师和工程师在为零度以下的工程选择合适的材料时，一定要多加注意。

低温应力可能会发生，因为长时间暴露在极低的温度下。Cryostress是由机械力和极冷环境引起的。

如果在设计阶段没有采取适当的预防措施，结构失效的可能性就会增加。例如，一些合金可能需要在角落和边缘周围进行额外的加固，因为它们可能比物体本身的其他地方集中得更多。

氦冷却：工业用途

为了提高效率和安全性，氦气冷却已经在各种工业应用中实施。

它广泛应用于低温行业，因为它不仅可以快速冷却物体，还可以使物体长时间保持在超低温下。工业氦冷却系统通常采用允许用户轻松准确地调节温度设置的技术。这使得它成为工业低温储存等大规模过程的理想选择。在储存过程中，温度的均匀性必须长期保持。

工业氦气冷却与传统方法相比，也使制造商能通过降低能耗来降低运营成本。

这项技术已经被很多公司采用。它可以大限度地减少制造过程中的热量产生，减少其对环境的整体影响。此外，氦气冷却可以在与超导体等其他材料或技术结合使用时提供更大的性能优势。

航天器和卫星中的低温技术

为了实现高效运行，低温技术已经被用于航天器和卫星。

由于允许在较低的温度下储存推进剂，降低其蒸汽压力，低温技术被用于太空应用。低温燃料还提供比化学燃料更高的比冲，从而延长任务的持续时间。低温推进剂罐重量轻，热膨胀系数低。这样他们就可以在船上储存更多的燃料。

采用低温技术的航天器具有含有液态氢或液态氧的绝缘内罐，温度保持在-253。°C至-183°c之间。为了保持这个温度，在容器壁周围安装多层绝缘(MLI)毯子和其他绝缘层。这样可以防止热量从外部环境中流失。这些系统可以利用散热器或焦耳-汤姆逊冷却器等主动冷却机制进一步控制其温度。

与其他类型的燃料源相比，它具有高功率密度，因此低温技术在卫星运行过程中得到了广泛的应用。卫星需要持续供电，以便在整个任务期间保持功能，这是由太阳能电池板或放射性同位素热电发电机制成的。(RTG)提供。为了产生电能，RTG需要储存在高绝缘容器中的液态氢。所以卫星运营商必须严重依赖低温技术，以保证长期不间断的性能。

近几年来，在提高航天器和卫星使用效率方面取得了进展。通过这些进步，彩霸王很可能会看到通过提高效率来提高效率。

氦冷却：医疗用途

由于其冷却特性，氦气在医疗领域的应用范围很广，非常适合低温操作。

这使得氦气成为治疗需要极端温度或环境控制的疾病和疾病的宝贵资源。冷冻疗法越来越受到个人的欢迎，他们希望通过暴露在极冷温度下来降低炎症，增加柔韧性来改善身体机能。这个过程通常涉及使用液氮或氦氧混合气(氧气和氦气)罐，罐子里装满-156。°加压氧气和氦气的C。

使用冰点温度也可以帮助医生治疗各种医疗问题，包括肿瘤、良性生长和与癌症有关的牙周病。

医生可以在不损害健康周围组织的情况下，安全地将受影响的区域暴露在超低温下，去除异常细胞。该技术也用于美容行业，紧致肌肤，减少脂肪和面部轮廓。

这类治疗有很多优点。其中包括微创、恢复速度快、副作用小于传统手术方法。