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一、基本性質

• 物理性質：
  • 無色、無味、無毒的單原子惰性氣體，密度僅為空氣的 1/7（標準狀況下密度 0.1785kg/m3），沸點 - 268.9℃（接近絕 對零度），是沸點低的氣體，難溶于水，擴散性極強。
  • 液態氦（液氦）在溫度低于 - 271℃時會轉化為超流體，具有無黏性、高導熱性等獨特物理特性。
• 化學性質：
• 化學惰性極強，常溫下幾乎不與任何物質反應，不燃燒、不助燃，屬于非可燃性氣體，安全性高于氫氣等易燃氣體，但高濃度時具有窒息風險。

三、主要工業應用領域

• 航空航天與國防：
  • 火箭推進劑：液氦用于冷卻火箭發動機燃料（如液氫），防止管路氣化；作為加壓氣體推動燃料輸送至燃燒室。
  • 航空材料測試：在極端低溫環境下測試航空器件的性能穩定性（如復合材料、電子元件）。
• 醫療與科研：
  • 核磁共振成像（MRI）：液氦用于冷卻超導磁體（維持 - 269℃低溫），確保磁場強度穩定，是 MRI 設備的核心耗材。
  • 低溫物理研究：超流體液氦用于研究量子物理、超導現象（如玻色 - 愛因斯坦凝聚），是低溫實驗室的必備材料。
• 電子與半導體工業：
  • 半導體制造：作為芯片光刻、蝕刻、離子注入過程中的載氣和保護氣，避免雜質污染（需 6N 級高純氦，純度≥99.9999%）。
  • 光纖生產：在光纖拉絲工藝中冷卻玻璃預制棒，保證光纖純度和強度。
• 焊接與特殊材料：
  • 惰性保護氣：用于鋁合金、鈦合金等活潑金屬的電弧焊接，隔絕空氣防止氧化（氦氣電弧溫度高于氬氣，適合厚材料焊接）。
  • 氣球與檢漏：高純氦氣用于氣象氣球、航空航天氣球（替代氫氣，避免燃爆風險）；也可作為示蹤氣體檢測管道、容器的微小泄漏（擴散性強，易被探測）。
• 能源與核工業：
  • 核聚變研究：氦 - 3（稀有同位素）是未來核聚變反應堆的理想燃料，釋放能量高且無中子輻射，但目前儲量極少，主要依賴月球土壤提取（研究階段）。
  • 核反應堆冷卻：部分高溫氣冷堆采用氦氣作為冷卻劑，利用其惰性和高導熱性傳輸熱量。

四、儲存與運輸要求

• 儲存方式：
  • 高壓氣態儲存：用無縫鋼瓶（工作壓力 15~20MPa）或管束車儲存，適用于中小規模運輸，鋼瓶需定期檢測耐壓性和密封性。
  • 低溫液態儲存：液氦儲存在真空絕熱容器（杜瓦瓶或大型儲罐）中，溫度維持在 - 269℃以下，體積能量密度為氣態的 700 倍，適合大規模運輸。
• 運輸要求：
  • 氣態氦屬于非易燃壓縮氣體，運輸需符合《危險化學品安全管理條例》，避免與強氧化劑混運；液態氦運輸需防止容器碰撞，避免低溫凍傷風險。
  • 管道運輸：僅在大型工業集群（如美國氦氣管網）中使用，國內多依賴槽車運輸。

五、安全注意事項

• 窒息風險防控：
  • 氦氣比空氣輕，泄漏后易在空間頂部聚集，排擠氧氣（氧氣濃度低于 18% 時引發窒息），作業場所需安裝氧氣濃度檢測儀，保證通風良好。
  • 進入密閉空間（如儲罐、管道）前需置換空氣，佩戴自給式呼吸器。
• 低溫凍傷風險：
  • 液氦溫度低，接觸皮膚會導致瞬間凍傷，操作時需穿戴絕熱手套、護目鏡和防護服，避免液態泄漏接觸身體。
• 泄漏應急處理：
  • 氣態泄漏時，關閉氣源，開啟通風系統，無需滅火（不燃），但需疏散人員至安全區域；液態泄漏時，用絕熱材料覆蓋吸收，防止地面結冰滑倒，嚴禁直接接觸液氦。

六、純度標準與行業現狀

• 純度等級：
  • 工業級氦氣：純度 99.9%~99.99%，用于氣球、焊接等一般場景；
  • 高純氦：99.999%~99.9999%（5N~6N），用于半導體、醫療、科研；
  • 超純氦：≥99.99999%（7N），用于高端科研實驗。
• 資源稀缺性與市場現狀：
  • 全球氦氣資源高度集中（美國占全球儲量 40%，卡塔爾、俄羅斯次之），中國氦氣進口依存度超 90%，國內僅內蒙古、四川有少量含氦天然氣田，產能有限。
  • 價格受國際供應影響波動大，2023 年以來因地緣政治和供應鏈緊張，高純氦氣價格同比上漲超 30%，推動氦氣回收技術發展（如 MRI 設備液氦循環利用，回收率可達 90% 以上）。
• 前沿發展：
  • 氦氣回收技術：半導體工廠、MRI 中心通過低溫吸附或膜分離技術回收尾氣中的氦氣，降低成本和資源依賴。
  • 替代氣體研究：針對部分非關鍵場景（如氣球），嘗試用氖氣或混合氣體替代，但氦氣的低溫性能和惰性在高端領域仍無可替代。