氦气在许多尖端设备中不可或缺,如液态氦用来冷却人造卫星设备,火箭引擎也一样用液态氦做为冷却剂,氦并用来清洗火箭引擎,医院里核磁共振仪(MRI)的大型超导电磁也靠液态氦冷却,以及焊接与其他工业作业的保护气,还用来填充如 Google 的高空气球,但是氦气的蕴藏却不充裕。
氦在整个宇宙中极为充沛,但是在地球上不好找,一找到氦气,一不小心就会飘走,最终脱离地球大气,因此氦气在大气层中浓度极低,只有 5.2 万分之一。
要开采氦气,往往是地层中放射性物质,如铀或钍,进行 α 衰变时,附近刚好有天然气田,α 衰变产生的氦气溢入天然气之中,有时可高达 7%,因而可随天然气开采,才有经济上的开采价值,以美国而言,天然气中氦含量约达 1%,德州阿马里洛天然气田的氦气浓度高达 1.9%,美国在氦蕴藏上可说得天独厚,其他国家的天然气田都没有这样高浓度的氦气,全球有 8 成氦气蕴藏都在美国,且美国生产全球 75% 的氦。
然而,美国的氦蕴藏正快速枯竭中,2014 年底美国可开采的氦蕴藏估计有 100~120 亿立方英尺,但在每年生产 20 亿立方英尺下,只要 5~6 年就会开采净尽,若开采降低至每年 10 亿立方英尺,也只能撑到 2018~2020 年,由于氦在超导工业、航太工业、军武科技上的重要性,一旦氦蕴藏枯竭,优先应用于国防领域之下,小规模科学研究用途,以及如核磁共振等医疗应用将会受到严重影响。
核磁共振仪的主要制造商之一奇异(GE)表示,其内部的超导电磁制造过程需要 1 万升液态氦,其中 2,000 升将密封于超导磁铁旁的循环系统中,并需要定时补充,要是缺乏氦,往后要照个 MRI 恐怕将会越来越困难。而也还不用等到蕴藏用尽,当蕴藏逐渐减少,氦的价格就会直线飙升,预估若蕴藏以现况萎缩,未来 15 年内氦价会大涨 500 倍。
所幸救星出现,坦桑尼亚的东非大裂谷发现大氦气田,蕴藏量高达 540 亿立方英尺,可填满 100 万台核磁共振仪,相关学者专家大为兴奋,表示这个发现对用氦产业生态有极大影响,而且更棒的一点是,未来在东非大裂谷还可能会有更多这样的发现。
这是因为在东非大裂谷,火山活动逼出藏在古老岩石中的氦,困在较浅层的天然气田之中。有了东非大裂谷这些新发现蕴藏的及时雨,看来我们暂时不用担心会没有办法照 MRI,或是某些科学实验得被迫停止了。
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(首图来源:shutterstock)