新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                         一去不复返

    1960年，我写过一篇短文，警告人们：不可替代的氦正在被废弃
掉，而一旦被废弃，氦将一去不复返，将来悔之晚矣！过了这么多年
后，我们仍然在大量废弃氦。我们产出的大部分氦都被任其自然地逃
逸到大气中去了，一旦这样，就再也收不回来了。

    为什么收不回来呢？别忘了，除了少数放射性元素以外，各种各
样的其他元素（氦是其中之一）难道不是可以永存吗？我们使用铝以
及其他金属，但是它们不会真正被“用掉”，因为我们总是能够使之
再循环并回收它们，尽管这要花费点能量。

    这一点对于氦而言，也是对的。在每百万磅大气中，含有四分之
三磅的氦。如果我们愿意花费能量，便能从周围的空气中提取氦。当
然，用这种方法获得的氦是十分昂贵的。

    但是，有两种气体——氢与氦，由于它们很轻，以至于地球的重
力不足以束缚住它们。它们就缓慢且不可阻挡地从我们的大气层逃逸
到宇宙空间中去，一去不复返。在广阔的海洋中，每三个原子中就有
两个是氢。由于泄漏得很慢，只要地球能保持现有的状态，氢便仍然
能大量存在。然而，氦却是一种十分稀有的物质，所以大气泄漏便是
一个严重问题了。

    为什么现在仍然还有氦存在？为什么由于泄漏而它将不能久存？
氦的起源有助于解释为何它仍然存在于我们的周围。通过放射性铀与
钍原子的衰变，可以十分缓慢地生成氦。在地球存在的数十亿年中，
氦已经在岩石中积聚起来，特别是混合于天然气的矿穴之中。我们正
在使用的是经历了数十亿年之久积聚起来的氦，而现在通过铀和钍的
进一步衰变新产生的氦与之相比，实在微不足道。

    在得克萨斯州及怀俄明州，有少数几个富含氦气的天然气井，事
实上，这些气井提供了占世界总供应量90%的氦。然而，这些气井最初
是为了开采天然气而开掘的，而由于天然气的需求量比较大，氦气便
生产过剩了。最明智之举是把氦从天然气中分离出来后储藏起来，以
备将来之用，但是这要花费金钱。由于这一原因，从这些天然气井中
得到的氦，大约有四分之三径直被放到空气中去了——再见了！

    为什么我们需要氦？首先，它仅仅比氢重，是次轻气体。气球中
要用到氦。虽然氢可能会更好些，但是氢很容易燃烧（记不记得“兴
登堡号”飞艇爆炸事件？）。而氦是绝对不可燃的，完全安全可靠。

    氦还是一种极不溶于水的气体。当必须在高压下呼吸空气时，可
以用氦替代氮；氦可以缓解“减压病”的危险，减压病是一种很痛苦
而且会危及生命的反应。

    氦不同任何其他元素发生化学反应，因而，在焊接中可以用氦充
当高热火焰周围的一种气体。需要焊接的材料不与氦发生反应（但是
这些材料与空气会发生反应），因此，焊接质量将会更完美。

    注意，在14K温度时，除了氦这一唯一的例外，所有的东西都被冻
成固体。氧、氮以及氢都已成为固体，只有氦仍然为气体。

    一直到温度降为4K时，氦才成为一种液体，并且直到绝对零度还
是如此。当然，利用液态氦乃是保持超导电性所需低温的最好方法。
现在，我们的确发现了这样一些材料，能在较高温度下呈现超导电性，
但是我们还不知道什么时候它们才能投入实用。目前，我们还必须依
靠液态氦。正在设计的大型超导对撞机，每年将需要数百万立方英尺
的氦才能维持运转。

    此外，即使我们能够使用高温超导体，仍然还有其他一些现象必
须在液态氦的极低温度下进行研究，而且目前还想不出其他有什么东
西可以代替液态氦。如果我们突然发现在低温下进行研究的条件被永
远剥夺了，我们也许就再也不能发现宇宙的奥秘了。

    如果地球上供应的氦被我们轻率地任其耗费掉，我们就没有其他
别的地方可以找到它吗？也许我们还能在宇宙空间的某些地方找到氦。
太阳是离我们最近的富有氦的地方（远远超过我们的需要），但是我
们如何能够从太阳上搞到氦呢？再近一点的氦源便是木星这个巨行星，
我们更易于接近它，不过只能掠边而过。我能够想象利用掠过木星的
全自动勺形收集器从木星的高层大气中收集氦，然而，在很长一段时
间内，我们显然还不能掌握做到这一点所需的技术。