氦气特殊应用领域
1 冷却剂
氦被用作低温应用的超级冷却剂,如磁共振成像、核磁共振、粒子加速器、大型强子对撞机、超导量子干涉装置、电子自旋共振光谱、超导磁储能、磁流体动力超导发电机、电力传输、磁悬浮传输、超导传感器、质谱仪、超导磁体、强磁场磁选机、用于聚变反应堆的环场超导磁体等低温研究。氦将低温超导材料和低温超导磁体冷却到接近绝对零度的温度,使超导体的电阻突然降至零。超导体的极低电阻使其能够产生更强的磁场。在医院的核磁共振设备中,磁场越强,放射图像扫描的细节就越详细。氦被用作超冷却剂,因为氦的熔点和沸点是所有元素中最低的,而且氦气在温度到绝对零度下不会凝固,而且氦气在化学上是惰性的。到目前为止,超流体这一独特的性质还没有在任何工业应用中得到利用。在低温应用中,如果需要低于17K的温度,氦是不可替代的超冷却剂。
2航空
氦是仅次于氢的第二轻元素,其密度比空气轻。因此,自第一次世界大战以来,氦气一直被用作气球、气象气球、飞艇和飞艇的提升气体。虽然氦的浮力低于氢,但氦是首选的提升气体,因为它不易燃。氦气作为提升气体的应用是自其在地球上被发现以来的首次应用。氦可以被氢或氢和氮的混合物代替。
3焊接
由于氦是惰性青铜,所以用作电弧焊接和等离子弧焊接的保护气体。焊缝周围的保护性氦气气氛可防止金属在熔融状态下氧化。氦的高电离电位使钛、锆、镁、铝合金和其他用于建筑、造船和航空航天的外来金属的等离子弧焊接成为可能。氦气作为保护气体,可以用氩气或氢气代替,但对于钛、氦等某些材料的等离子弧焊接,氦气是唯一具有足够热活性和安全性的气体。
4大气内部操作
氦用于压力吹扫操作,液氢或其他气体被氦取代,因为液氢或其他气体是唯一沸点低于氢的气体,氦是惰性气体。液氢系统不使用氮气作为净化气体,因为氮气在这些条件下会凝固。在火箭中,氦被用来保持液氧罐中的压力。当液氧作为火箭燃料燃烧时,氦被注入燃料箱,以防止燃料箱倒塌。除液氢系统外,还可使用氮气代替氦气作为吹扫气体。
5泄漏检测
氦是用于检漏的,因为它的分子量最小,也是一个单原子分子。因此,氦很容易通过最小泄漏。检漏时,用氦填充物体。如果发生泄漏,氦气质谱仪将检测泄漏位置。氦气用于检测火箭、燃料箱、热交换器、气体管道、各种电子设备、电视管和其他制造部件中的泄漏。
6气相色谱法
氦作为载气和净化气,具有化学惰性和纯度。色谱法是用于分离混合物的实验室技术的总称。色谱法广泛应用于过程和实验室的定性和定量分析。
7半导体制造
氦由于其化学惰性,在半导体制造中具有很高的比热和导热系数,被用作冷却气体。例如,氦被用作制作液晶显示器条的套管。另一个例子是在半导体芯片加工过程中使用氦气作为保护气体冲洗容器。此外,在硅和锗晶体的生长过程中,氦被用作屏蔽气体和冷却气体。
8光纤制造
氦具有较高的比热和导热系数,在光缆制造中被用作冷却剂。液氦的低温和惯性使其成为快速冷却管的理想二氧化硅。
9核反应堆传热介质
氦被用作下一代核反应堆的传热介质。氦作为传热介质有几个优点。氦具有很高的比热和导热系数,是最有效的传热气体之一。此外,氦不具腐蚀性,具有放射性惰性(无放射性同位素)。氦不会改变聚集态,也不会影响中子倍增因子。以氦为传热介质的核电站具有效率高、运行温度高等特点。
10呼吸混合物
由于氦在水和血液中的溶解度很低,因此在水下30米范围内用作深潜水气体。氦气/呼吸氧混合物,以避免氮气麻醉或血液中氮的积聚。此外,氦对设备无腐蚀性,无毒。
11金属涂层喷涂
氦由于其高的声速和化学惰性,被用作热喷涂和冷喷涂的粉末载气。热喷涂和冷喷涂,也称为金属喷涂,是一种表面涂层工艺,允许以非常高的速度将多种金属和陶瓷喷涂到另一种材料的表面上,从而形成金属涂层。此外,氦的极高声速使你呼吸的声音听起来很高。
12激光和照明
氦被用作激光和照明的工作气体。谐振腔气体氦用于气体激光器,如氦氖激光器、二氧化碳激光器和金属蒸气激光器,如氦镉金属蒸气激光器。氦用于激光激发。不同的工作气体氦激光器适用于不同的应用,如科学研究、干涉测量、全息、光谱、条形码扫描、对准、激光眼科手术、光学演示、印刷和排版应用、焊接和切割。大多数氦氖激光器现在都被廉价的二极管激光器所取代。此外,氦气还用作气体放电灯的工作气体。
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