Welche wissenschaftlichen Geheimnisse verbergen sich hinter dem „seltenen Schatz Heliumelement“ auf der Erde?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Zhongping (Forschungszentrum für Öl- und Gasressourcen, Nordwestliches Institut für Öko-Umwelt und Ressourcen, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Ausschuss für Gasgeochemie, Chinesische Gesellschaft für Mineralogie, Petrologie und Geochemie)

Hersteller: China Science Expo

Im riesigen Universum werden ständig verschiedene Elemente geboren und sterben. Darunter gibt es einen Elementtyp, der seit seiner Entdeckung viel Aufmerksamkeit erregt hat: die Edelgase. Wenn es um Edelgase geht, denkt man zuerst an die Elemente der Gruppe ⅧA im Periodensystem, nämlich Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton und Xenon; Sie kommen in der Natur sehr selten vor, reagieren nicht mit anderen Stoffen und werden auch als Inertgase bezeichnet.

Aber haben Sie sich schon einmal gefragt, warum manche Edelgase auf der Erde sehr selten, im Universum jedoch sehr häufig sind? Wissen Sie, wie Wissenschaftler Edelgasisotope verwenden, um die Evolutionsgeschichte der Erde aufzudecken? Wie wird das Isotopenverhältnis von Edelgasen gemessen? Welche Anwendungsgebiete gibt es für Edelgase? Wie gewinnt der Mensch diese wertvollen Gase?

Tatsächlich birgt jedes Edelgas magische Geheimnisse. Ich glaube, Sie sind auch neugierig! Lassen Sie uns gemeinsam in die geheimnisvolle Welt der Edelgas-Geochemie eintauchen. In diesem Artikel werden wir die Geheimnisse der Heliumisotopen-Geochemie erforschen!

Von Argon zu Helium: William Ramsays Reise in die Gase

Wussten Sie, dass der Mensch Helium vor über 100 Jahren entdeckt hat?

Es war der Abend des 19. April 1894 und William Ramsay besuchte einen Vortrag von Sir John William Strathairn Rayleigh, der entdeckt hatte, dass eine Verbindung namens Ammoniumnitrit Stickstoff mit einer anderen Dichte als der in der Luft erzeugen kann. Nach einer Diskussion beschlossen Rayleigh und Ramsey, gemeinsam die Gründe für dieses Phänomen zu untersuchen. Sie begannen sofort mit der Forschung hierzu in ihren jeweiligen Labors und blieben fast täglich in Kontakt, um sich gegenseitig über den Fortschritt ihrer Arbeit zu informieren.

Im August desselben Jahres gaben Ramsay und Rayleigh die Entdeckung eines neuen Elements bekannt – Argon. Im Jahr 1895 isolierte Ramsay Helium aus Yttrium-Uraninit (einem unreinen, radioaktiven, uranhaltigen Uranerz) und bewies damit, dass das Element auch auf der Erde existiert. In den folgenden Jahren entdeckte Ramsay Neon, Krypton und Xenon. Ramsay erhielt 1904 den Nobelpreis für Chemie für seine Entdeckung der Edelgaselemente in der Luft und die Bestimmung ihrer Position im Periodensystem.

Ramsey war ein herausragender Wissenschaftler, dessen Entdeckungen nicht nur die Lücken im Periodensystem füllten, sondern auch bedeutende Beiträge zum menschlichen Verständnis der Natur und zur Förderung der wissenschaftlichen Entwicklung leisteten. Seine Errungenschaften inspirieren spätere Generationen, weiterhin nach wissenschaftlichen Wahrheiten zu suchen und die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie voranzutreiben. Wir sollten uns an seinen Namen und seine großen Beiträge zur Entwicklung der Wissenschaft erinnern und ihm für seine unermüdlichen Bemühungen um den Fortschritt der menschlichen Zivilisation danken.

Abbildung 1. William Ramsay (1852–1916) war ein schottischer Chemiker, der die Edelgase entdeckte und 1904 zusammen mit seinem Mitarbeiter John William Strathairn (Rayleigh) den Nobelpreis für Chemie erhielt. Nachdem die beiden Argon entdeckt hatten, untersuchte Ramsay andere atmosphärische Gase und leistete mit seiner Arbeit zur Trennung von Argon, Helium, Neon, Krypton und Xenon bahnbrechende Beiträge, die zur Entwicklung des Periodensystems führten.

(Fotoquelle: Offizielle Website des Nobelpreiskomitees)

Helium: Welche kosmischen Geheimnisse verbergen sich hinter diesem „seltenen Schatz“ auf der Erde?

Der Ursprung von Helium lässt sich auf den Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren zurückführen. Zu dieser Zeit gab es im Universum nur zwei Elemente: Wasserstoff und eine kleine Menge Helium. Diese Elemente werden durch die Schwerkraft im Weltraum zusammengeführt und bilden Sterne und Galaxien. Wenn Sterne in ihrem Kern Wasserstoff verbrennen, entsteht eine Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck, die dazu führt, dass Wasserstoffatome zu Heliumatomen verschmelzen. Wenn Sterne sterben und explodieren, geben sie große Mengen Helium und andere Elemente in den Weltraum ab.

Im gesamten Universum macht Helium ganze 23 % der Masse aus, in der Erdatmosphäre ist die Heliumkonzentration jedoch sehr gering, sie beträgt nur 5,2 Volumenteile pro Million (5,2 ppmv). Dies liegt daran, dass Helium ein relativ geringes Atomgewicht hat und seine Molekülgeschwindigkeit höher ist als bei anderen Gasen in der Atmosphäre, wodurch es leicht aus der Erdatmosphäre entweichen kann.

Darüber hinaus ist Helium auch ein sehr stabiles Gas. Es wird nicht leicht durch chemische Reaktionen anderer Gase in der Erdatmosphäre adsorbiert oder umgewandelt, was auch seine Anreicherung in der Atmosphäre verhindert. Obwohl Wasserstoff im Vergleich leichter ist, kann er Verbindungen bilden, beispielsweise mit Sauerstoff Wasser bilden und mit Kohlenstoff verschiedene Kohlenwasserstoffe bilden. Daher ist der Wasserstoffgehalt auf der Erde relativ hoch.

Abbildung 2. Trockene Luft ist eine Mischung aus Stickstoff, Sauerstoff, Argon und anderen Gasen in kleinen Mengen.

Zusammensetzung der Erdatmosphäre nach Anzahl der Moleküle, ohne Wasserdampf

Die untere Grafik stellt Spurengase dar, die zusammen etwa 0,0434 % der Atmosphäre ausmachen (die Konzentration im August 2021 betrug 0,0442 %). Die Zahlen stammen hauptsächlich aus dem Jahr 2000, CO2 und CH4 aus dem Jahr 2019 und stellen keine einzelne Quelle dar.

(Bildquelle: engineeringtoolbox – Luftzusammensetzung und Molekulargewicht)

Helium hat acht Isotope, von denen nur zwei stabil sind: Helium-3 und Helium-4. Der Hauptbestandteil von Helium in der Erdatmosphäre ist Helium-4, das etwa 99,99986 % des Heliums ausmacht. Helium-3 ist auf der Erde sehr selten und macht nur etwa 0,00014 % aus. Eine kleine Menge Helium-3 wird bei Atomwaffentests freigesetzt. Helium-3 ist eines der frühesten Elemente im Universum und wird auf der Erde hauptsächlich durch den Urknall und Kernfusionsreaktionen im Inneren von Sternen erzeugt.

Das andere ist Helium-4 radioaktiven Ursprungs, ein Alphateilchen, das freigesetzt wird, wenn radioaktive Elemente (wie Thorium und Uran) im Erdinneren zerfallen. Helium-4 kommt hauptsächlich in der Erdkruste, insbesondere in Sedimentbecken, vor und kann durch Risse oder geologische Flüssigkeiten an die Oberfläche gelangen.

Helium-Isotopenverhältnisse: Die Geheimnisse der tiefen Erde erforschen

Da Helium-3 und Helium-4 auf der Erde aus unterschiedlichen Quellen stammen, gibt es erhebliche Unterschiede im 3He/4He-Verhältnis von Helium aus verschiedenen Quellen. Durch die Analyse des 3He/4He-Verhältnisses im Helium, das aus den Tiefen der Erde an die Oberfläche steigt, können Wissenschaftler die Zusammensetzung und Bewegung von Materialien tief in der Erde verstehen, beispielsweise die Bewegung der Erdkruste, die thermische und chemische Geschichte von Gesteinen und die Evolutionsgeschichte der Erde.

Primitives Helium, wie es beispielsweise aus dem Material des Sonnensystems stammt, weist typischerweise ein höheres 3He/4He-Verhältnis auf. Dies liegt daran, dass das Isotopenverhältnis von Helium bei der Entstehung des Universums festgelegt wurde und daher zur Bestimmung des Ursprungs und der Entwicklung der Materie im Sonnensystem verwendet werden kann.

Helium radioaktiven Ursprungs, wie beispielsweise das Helium in der Erdkruste, weist normalerweise ein niedrigeres 3He/4He-Verhältnis zwischen etwa 10^-8 und 10^-7 auf. Dies liegt daran, dass das in der Erdkruste produzierte Helium hauptsächlich aus 4He aus radioaktivem Zerfall stammt und der Zerfall radioaktiver Isotope zu Veränderungen im Verhältnis der Heliumisotope führt.

Wie können Helium-Isotopenverhältnisse zur Untersuchung der Entwicklung und Zirkulation von Materie im Inneren der Erde verwendet werden?

Wissenschaftler können Heliumisotopenverhältnisse in Proben aus dem Erdmantel in verschiedenen Regionen messen und dann den Ursprung und die Entwicklungsgeschichte der Mantelmaterialien untersuchen. Wenn das Helium-Isotopenverhältnis in einer Region höher als der Durchschnitt ist, kann dies bedeuten, dass die Testproben in der Region aus primitiveren Mantelmaterialien stammen. Umgekehrt kann ein niedrigeres Verhältnis bedeuten, dass in der durch die Probe repräsentierten Region eine stärkere Materialvermischung und -wiederverwertung stattgefunden hat.

Auf der Insel Hawaii beispielsweise ist das Helium-Isotopenverhältnis im Vulkangestein 40-mal so hoch oder sogar höher als der atmosphärische Wert. Dies deutet darauf hin, dass das vulkanische Magma der Insel Hawaii aus tiefem, primitivem oder einzigartigem Mantelmaterial der Erde stammen und einzigartige Vulkangesteine ​​bilden könnte (die Wissenschaftler nennen sie „Hotspots“). Am atlantischen Mittelozeanischen Rücken sind die Helium-Isotopenverhältnisse in den Basalten am Meeresboden nur achtmal höher als die atmosphärischen Werte. Dies könnte darauf hinweisen, dass der Mittelozeanische Rücken aus einer relativ flachen Schicht mit Durchmischung oder einer gemeinsamen Mantelquelle stammt.

Abbildung 3. Verwendung der Verhältnisse 3He/4He und 40Ar/36Ar zur Demonstration der Migration und Entwicklung von Mantelmaterialien.

(Bildquelle: Hirochika-Sumino 2010)

Die Anwendung von Heliumisotopen zusammen mit anderen Edelgasen (Neon, Argon, Krypton, Xenon) in der geochemischen Forschung hat große Fortschritte gemacht, aber es gibt noch viele unbekannte Bereiche, die wir erforschen müssen. So ist den Wissenschaftlern beispielsweise noch immer nicht bekannt, wie die Heliumisotopenzusammensetzung und -verteilung in bestimmten Regionen des Erdinneren aussieht oder wie sich die Entwicklung der Erde auf diese Regionen ausgewirkt hat. Darüber hinaus können Heliumisotope auch zur Untersuchung außerirdischer Körper wie Planeten und Meteoriten im Sonnensystem verwendet werden, um die Entstehung und Entwicklung des Universums besser zu verstehen.

Die Helium-Isotopentechnologie wird derzeit in großem Umfang in der Forschung in Bereichen wie Geowissenschaften, Weltraumwissenschaften und Nuklearwissenschaften eingesetzt. Beispielsweise kann das Verhältnis von Edelgasisotopen in Gestein, Grundwasser oder Meteoriten gemessen werden, um Rückschlüsse auf ihr Entstehungsalter, ihre Quelle und ihren Entwicklungsprozess zu ziehen. Helium aus verschiedenen Quellen weist unterschiedliche Isotopenverhältnisse auf, da es im Erdinneren unterschiedliche Entstehungsprozesse durchlaufen hat. Durch die Messung der Isotopenverhältnisse von Edelgasen können wir die Bewegung und Entwicklung des Erdinneren erforschen, den Ursprung und die Verteilung von Mineralvorkommen bestimmen und sogar die Möglichkeit von Erdbeben und Vulkanausbrüchen vorhersagen.

Auch die Heliumisotopen-Geochemie steht vor einigen möglichen Herausforderungen:

Erstens war die Frage, wie die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Heliumisotopenanalyse verbessert werden kann, um den Anforderungen der Messung von Proben mit extrem geringer Häufigkeit gerecht zu werden, schon immer ein Anliegen der Wissenschaftler. Zweitens ist es eine wichtige Forschungsrichtung, den Anwendungsbereich und die Anwendungstiefe von Heliumisotopen in verschiedenen Medien (wie Gesteinen, Flüssigkeiten, Gasen usw.) in Zukunft zu erweitern, um mehr geowissenschaftliche Probleme aufzudecken. Darüber hinaus ist auch die Frage, wie sich die Kopplungsbeziehung zwischen Heliumisotopen und anderen Edelgasisotopen (wie Neon, Argon, Krypton, Xenon usw.) erforschen lässt, um das Verständnis der komplexen Prozesse des Erdsystems zu verbessern, ein heißes Thema von wissenschaftlichem Interesse.

Edelgas-Massenspektrometer: Ein wichtiges Instrument zur Erforschung der Erdgeschichte

Ein Edelgas-Massenspektrometer ist ein Instrument, das speziell zur Analyse der Isotopenverhältnisse von Edelgasen verwendet wird. Dabei werden Gasproben mittels Massenspektrometrie in verschiedene Isotopenionen getrennt und anschließend das Isotopenverhältnis durch Ermittlung des Massenverhältnisses dieser Ionen bestimmt. Diese Technologie wird in der Geologie, Chemie, Physik, Astronomie und anderen Bereichen häufig eingesetzt und kann zum Studium von Substanzen und Prozessen in der Natur sowie zur Evolutionsgeschichte der Erde und des Universums verwendet werden.

Um eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen, nutzt das Edelgas-Massenspektrometer die statische Vakuumtechnologie. Das sogenannte statische Vakuum bedeutet, dass während des Messvorgangs kein Gasfluss im System stattfindet und der Druck in jedem Teil gleich ist und über einen langen Zeitraum unverändert bleibt, wodurch Gasstörungen reduziert und die Messgenauigkeit verbessert werden können.

Moderne Edelgas-Massenspektrometer verwenden hochauflösende magnetische Sektormagnetfelder und Multikollektortechnologie, um die Isotopenverhältnisse von Edelgasen in Spurenproben zu messen. Das Instrument ist für die Forschung in Bereichen wie Geowissenschaften, Astronomie und Chemie von entscheidender Bedeutung.

Abbildung 4. Statisches Vakuum-Massenspektrometer zur Messung von Edelgasisotopen.

(Bildquelle: Website des Gas Isotope Laboratory, Oil and Gas Resources Research Center, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Helium-3-Abbau auf dem Mond: Eine Herausforderung, die für den Menschen derzeit kaum zu bewältigen ist

Helium-3 ist auch eine potenzielle Energiequelle, da es Kernfusionsreaktionen mit Wasserstoffisotopen eingehen kann. Im Gegensatz zu allgemeinen Kernfusionsreaktionen erzeugt Helium-3 während des Fusionsprozesses keine Neutronen, daher ist die Radioaktivität gering und der Reaktionsprozess umweltfreundlich, sicher und leicht zu kontrollieren. Allerdings sind die Helium-3-Reserven auf der Erde sehr begrenzt und betragen insgesamt weniger als einige Hundert Kilogramm, was den Bedarf der Menschheit nicht decken kann.

Wissenschaftler haben entdeckt, dass der Mond über sehr reiche Helium-3-Vorkommen verfügt. Der Grund, warum die Mondoberfläche reich an Helium-3 ist, liegt darin, dass es ein wichtiger Bestandteil des Sonnenwinds ist und die Mondoberfläche der Strahlung des Sonnenwinds ausgesetzt ist. Wenn der Sonnenwind über die Mondoberfläche strömt, interagiert er mit dem Oberflächenmaterial und führt dazu, dass sich Helium-3 an der Mondoberfläche festsetzt. Da der Mond weder eine Atmosphäre noch ein Magnetfeld besitzt, kann Helium-3 ungestört auf der Mondoberfläche eingefangen und angesammelt werden.

Abbildung 5. Die Fusion zweier Helium-3-Atome erzeugt eine große Menge Energie.

(Bildquelle: Quantum Science)

Wissenschaftler untersuchen außerdem, wie Helium-3 als zukünftige Energiequelle vom Mond gewonnen werden kann. Die Entwicklung von Helium-3 auf dem Mond ist jedoch eine anspruchsvolle Aufgabe, vor allem aufgrund der folgenden Aspekte:

1. Die Probenentnahme ist technisch sehr aufwendig: Um Helium-3 auf der Mondoberfläche zu gewinnen, müssen Bergbauanlagen auf der Mondoberfläche errichtet und hochentwickelte Roboter und Geräte zur Probenentnahme eingesetzt werden. Diese Technologie erfordert hochautonome Robotik und präzise Steuerungstechnik, was nach dem aktuellen Stand der Technik noch immer eine enorme Herausforderung darstellt.

2. Die Kosten für die Gewinnung und den Transport von Helium-3 sind hoch: Selbst wenn Helium-3 erfolgreich gewonnen werden kann, sind die Kosten für den Rücktransport zur Erde sehr hoch. Dies erfordert den Einsatz teurer Transporttechnologien und -ausrüstungen wie Raumfahrzeuge und Rückkehrkapseln.

3. Technische Schwierigkeiten und Kosten erhöhen das Risiko des Helium-3-Abbaus: Beim Abbau von Helium-3 müssen zudem zahlreiche technische Probleme und Sicherheitsrisiken gelöst werden, wie etwa Strahlung, Temperaturschwankungen, Staub und elektromagnetische Störungen in der Mondumgebung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Abbau von Helium-3 auf dem Mond eine technisch schwierige, kostspielige und riskante Herausforderung ist, bei der wir viele Probleme überwinden müssen, bevor wir sie erfolgreich bewältigen können.

Helium: Ein vielseitiges Element für die Luft- und Raumfahrt, die Kernphysik und mehr

Helium spielt in der Luft- und Raumfahrt eine wichtige Rolle. Es wird häufig in Gasauftriebskörpern wie Ballons, Luftschiffen und Satelliten verwendet. Da Helium eine extrem geringe Dichte hat und etwa siebenmal leichter als Luft ist, kann es einen starken Auftrieb erzeugen, sodass diese Geräte in der Luft schweben oder außerhalb der Atmosphäre in den Weltraum gelangen können. Darüber hinaus kann Helium auch im Gasversorgungssystem des Raumfahrzeugs verwendet werden, um den normalen Betrieb des Raumfahrzeugs sicherzustellen.

Zweitens ist Helium auch ein wichtiger Stoff für die kernphysikalische Forschung. Helium kann als Kühlmittel in physikalischen Experimenten bei niedrigen Temperaturen verwendet werden und hilft Forschern beim Studium der Supraleitung, der Quantenmechanik und der Physik verschiedener Substanzen. Gleichzeitig kann Helium auch als Kühlmittel in Magnetresonanztomographiegeräten verwendet werden, um den normalen Betrieb der Geräte und hochpräzise Bildgebungseffekte sicherzustellen. Darüber hinaus hat Helium viele weitere Anwendungen. Beispielsweise kann Helium als Kühlmittel in Helium-Neon-Lasern verwendet werden, um die Effizienz und Lebensdauer der Laser zu erhöhen.

Helium hat noch viele weitere besondere Eigenschaften. Wenn beispielsweise Helium-3 und Helium-4 gemischt werden, können sie die Temperatur bis nahe an den absoluten Nullpunkt senken. Wenn die Temperatur unter 2,6 Millikelvin liegt, zeigt flüssiges Helium-3 ein „Suprafluiditäts“-Phänomen, das heißt, es hat keine Viskosität und kann aus dem Becher, in dem es sich befindet, „kriechen“. Suprafluidität ist ein sehr eigenartiges Phänomen. Es hilft uns nicht nur, Quantenphänomene in der Natur besser zu verstehen, sondern ermöglicht uns auch, den breiten Entwicklungsspielraum und die Anwendungsaussichten in diesem Bereich zu erkennen.

Abbildung 6. Flüssiges Helium in der supraflüssigen Phase steigt an der Innenseite des Bechers langsam nach oben, klettert über die Becheröffnung, gleitet dann an der Außenseite des Bechers langsam nach unten, sammelt sich zu einem Tropfen flüssigen Heliums und tropft schließlich in das darunter liegende flüssige Helium. Auf diese Weise tropft das flüssige Helium tropfenweise nach, bis der Becher vollständig leer ist.

(Bildquelle: Wikipedia)

Darüber hinaus kann Helium auch in Hochdruckexperimenten, beim Schweißen und in anderen Hightech-Bereichen wie der Halbleiterherstellung und der optischen Fertigung eingesetzt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Heliumreserven trotz seines breiten Anwendungsspektrums sehr begrenzt sind. Derzeit sind einige wenige Länder wie die USA, Russland und Australien die Hauptproduzenten von Helium. Daher sollten wir Helium mit Vorsicht verwenden und Abfall so weit wie möglich reduzieren, um eine nachhaltige Nutzung von Helium zu gewährleisten.

Die Magie des Heliums: Die Wissenschaft und die Risiken der Tonhöhenverschiebung bei Stimmen

Helium ist auch deshalb ein sehr interessantes Gas, weil die Schallgeschwindigkeit dreimal höher ist als die von Luft, dem Gas, durch das sich die menschliche Stimme bewegt. Wenn sich die Zusammensetzung der Luft von 78 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff auf 80 % Helium und 20 % Sauerstoff ändert, beträgt die Dichte ein Drittel der normalen Luft. Diese Änderung der Zusammensetzung führt dazu, dass sich der Schall mit fast der dreifachen Geschwindigkeit ausbreitet, sodass die Stimme einer Person, die Helium einatmet, eine höhere Frequenz erhält.

Dies liegt daran, dass die Tonhöhe mit der Schwingungsfrequenz der Stimmbänder zusammenhängt und Helium den Resonanzzustand der menschlichen Stimmbänder verändert, sodass sie eine höhere Frequenz aussenden, was auch für Unterhaltung und Aufführungen einen einzigartigen Wert hat. Obwohl dieses Phänomen lustig erscheinen mag, ist das Einatmen von Helium riskant, da übermäßiges Einatmen von Helium zu Hypoxie führen kann, die gesundheitsschädlich ist. Versuchen Sie es nicht alleine.

Das Geheimnis des Heliums: Von Erdgas bis Uranerz – vier Wege, es zu gewinnen, werden Sie zum Strahlen bringen

Helium ist ein äußerst wichtiges Element mit vielfältigen Anwendungsgebieten in Industrie, Medizin und Wissenschaft. Wie also kommen wir an dieses kostbare Gas?

Derzeit gibt es vier Hauptwege zur Heliumgewinnung.

Die erste ist die Erdgastrennung. Bei diesem Verfahren wird heliumhaltiges Erdgas als Rohstoff verwendet und schließlich durch Schritte wie Verflüssigungsfraktionierung und Aktivkohleadsorptionsreinigung reines Helium gewonnen.

Die zweite ist die synthetische Ammoniakmethode. Im industriellen Produktionsprozess von synthetischem Ammoniak enthält das Abgas Helium, das durch Trennung und Reinigung gewonnen werden kann;

Die dritte Methode ist die Luftfraktionierung. Bei dieser Methode wird Helium aus einem Neon-Helium-Gemisch durch fraktionierte Destillation aus flüssiger Luft extrahiert.

Schließlich gibt es noch die Uranerzmethode. Bei dieser Methode wird heliumhaltiges Uranerz geröstet, um das Gas zu trennen. Anschließend werden die Verunreinigungen mit chemischen Methoden entfernt, um schließlich reines Helium zu erhalten.

Obwohl diese Methoden unterschiedlich sind, sind sie alle wirksam bei der Gewinnung von Helium. Wir sind davon überzeugt, dass es mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie immer effizientere Möglichkeiten zur Heliumgewinnung geben wird, um den Bedarf der Menschheit besser zu decken.

Schützen Sie die Heliumressourcen und seien Sie der Heliumwächter in Ihrer Umgebung!

Im medizinischen Bereich erfordert die Kernspinresonanztechnologie (NMR) sehr starke Magnetfelder, um hochpräzise Experimente durchzuführen, wofür normalerweise supraleitende Magnete verwendet werden müssen. Supraleitende Magnete müssen bei sehr niedrigen Temperaturen arbeiten und werden normalerweise mit flüssigem Helium gekühlt. Flüssiges Helium hat einen sehr niedrigen Siedepunkt von etwa -269 °C, wodurch der Magnet auf nahezu den absoluten Nullpunkt gekühlt werden kann, wodurch der Widerstand des supraleitenden Magneten auf Null reduziert und dadurch eine höhere magnetische Feldstärke und Stabilität erreicht werden kann.

Gleichzeitig verfügt flüssiges Helium auch über eine gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch die vom Magneten erzeugte Wärme schnell abgeführt werden kann und so die Stabilität des Magneten erhalten bleibt. Die Verwendung von flüssigem Helium bringt auch gewisse Herausforderungen und Kosten mit sich. Flüssiges Helium ist eine knappe Ressource, teuer und erfordert spezielle Ausrüstung und Technologie für Lagerung und Transport. Daher handelt es sich bei NMR-Instrumenten, die mit flüssigem Helium gekühlt werden, in der Regel um hochwertige wissenschaftliche Instrumente, die für hochpräzise wissenschaftliche Forschung eingesetzt werden.

Aufgrund eines Heliummangels stellten die Physiker Amir Yakobi und Philip King von der Harvard University im Sommer 2022 jedoch etwa die Hälfte der Projekte ihres Labors ein, da die Heliumversorgung knapp war. Unterdessen meldete auch die University of California in Davis, dass einer ihrer Heliumlieferanten seine Zuteilung, unter anderem für medizinische Zwecke, halbiert habe. Einige Krankenhäuser mussten den Einsatz von MRT-Geräten für Untersuchungen einstellen, was für die Patienten sehr bedauerlich sein wird.

In der wissenschaftlichen Forschung wird Helium häufig als Kühlmittel verwendet, um die Temperatur in der Versuchsumgebung niedrig zu halten. In der Luft- und Raumfahrt sowie im Militärbereich wird Helium auch häufig bei der Herstellung von Triebwerken für Raketen und Flugkörper verwendet. Helium spielt auch in der wissenschaftlichen Forschung, der Luft- und Raumfahrt sowie der Rüstungsindustrie eine wichtige Rolle. mein Land ist heliumarm und derzeit wird der Großteil des Heliums importiert. Daher ist es zwingend erforderlich, Technologien zur Einsparung und Wiederverwertung von Helium zu fördern und anzuwenden, die Überwachung und Steuerung des Heliumressourcenverbrauchs zu verstärken und das öffentliche Bewusstsein und die Beteiligung am Schutz der Heliumressourcen zu stärken.

Auch wir als normale Menschen können in unserem täglichen Leben einige kleine Dinge tun, um die Heliumressourcen zu schützen. Kaufen Sie beispielsweise weniger oder keine mit Helium gefüllten Ballons, denn sobald diese Ballons in die Luft steigen, geben sie wertvolles Helium in die Atmosphäre ab und können nicht recycelt werden. Wenn wir das nächste Mal mit unseren Kindern ausgehen, können wir ein paar lustigere Aktivitäten ausprobieren, um die Verschwendung wertvoller Heliumressourcen zu vermeiden.

Schließlich wird Helium nicht nur zum Aufblasen von Luftballons verwendet. Darüber hinaus kann es Flugzeugen den Start erleichtern, MRT-Scans präziser machen und Beobachtungen durch Radioteleskope klarer machen. Lassen Sie uns gemeinsam daran arbeiten, die Heliumressourcen zu schützen und ihm eine größere Rolle in der wissenschaftlichen und technologischen Entwicklung, der medizinischen Diagnostik und der Weltraumforschung zu ermöglichen!

Quellen:

1. Wikipedia (Englisch), Eintrag zuletzt geändert am 3. April 2023

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