氦气在工业中的应用（三）

（八）氦在生理和医疗技术中的应用

1、生理应用

氦气在生理应用上的一个典型例子是配制深水作业用的呼吸混合气。

通常，在潜水员处于深水高压环境作业时，采用普通压缩空气供氧，不但呼吸阻力高，而且压缩空气中的氮会部分溶解在血液中，当水深40m以下时，会产生显著的麻醉作用，在80m左右，生理机能基本丧失，人体衰竭。

由于轻氦族气体（如氦、氖）对人体的麻醉能力很小或完全没有麻醉能力，可以用它们来代替氮配制潜水员深海作业用呼吸混合气。氦-氧呼吸混合气由于具有较低的密度和黏度，使压力易于释放，呼吸阻力减小，能有效地降低潜水员的体能消耗。氦-氧呼吸混合气的声速较高，声音频率改变大，存在深水通讯问题。再者，氦的热导率高，增加了人体热损失率，以至于常常必须使用有效的潜水衣和呼吸气预热器。在这方面，氖-氧呼吸混合气比氦-氧呼吸气好，因为它具有声音畸变小以及传热性较差的优点。氖-氧呼吸混合气适用于100~300m的深水作业，超过300m，氖的密度增大，必须用氦-氧呼吸混合气。为了克服各自的缺陷和不足，正在研究采用氖、氦、氧按不同比例配制深海潜水呼吸气（潜水气）的可能。广州氦气

除深海潜水作业外，在宇航飞行中以及医疗卫生部门亦采用氦-氧混合气 人工空气。

2、医疗应用

用80%氦和20%氧配制成的人工空气，能很快溶入病人的肺部，加速氧和二氧化碳的交换。因此，常将这种混合气用于患有呼吸系统疾病如哮喘、喉部疾病、气胸及肺病患者的治疗。此外，这种混合气还可用于高压疗法。

（九）³He的应用

³He是自然界中氦的两种稳定性同位素之一，在自然氦气中的原子丰度仅为0.000137%。由于它极其稀少且获取的难度极大，³He是当前最贵重的气体，其价格随制取方法、工艺流程、纯度不同有所差异，但总体水平在1标升50~150美元，是大家熟悉的贵重气体⁴He价格（0.2元人民币/标升）的2000~6000倍左右。³He的珍贵不仅体现它的稀少，还表现在它独特的物理性质及其重要应用上，比如 ³He比如沸点低、蒸气压高、超流转变温度低的特点，制成³He/⁴He稀释制冷机获取mK级低温；利用其极低温下的超流性搜 超对称暗物质（Supersymmeric Dark Matter）；利用³He原子具有的核磁矩制成高灵敏度的超极化核磁共振成像仪（Hyperpolarized gad MRI）；用于精确环形激光螺惯性导航系统；作为潜在的热核反应能源材料等等。这些应用涉及面广，但在低温领域决定其他位的是它在获得1K以下温区所表现出的独特性能，而1K温区不仅是基础物理研究的一个重点所在，也是空间探测等实际应用的低温环境要求，比如用于冷却在0.1~1.5K下工作的天体探测用的超电导辐射量热计。20世纪中期至今，科学家们凭着浓厚的兴趣了一系列有并³He的低温研究，这些工作使人们对物质世界有了更深入的认识，例如在低温下观测到的³He性质进一步为量子理论提供实验依据。此外，利用³He做工质的机械式低温制冷机取采稀释制冷方法获得1K以下温区具有商业应用意义。

包装、贮运

联合国《关于危险货物运输建议书》对危险货物的编号：UN 1046。

国际海事组织关于《国际海上危险货物运输规则》的编码：IMDG2144。

中国包装贮运危险性分类：第2.2类不燃气体。

中国危险货物包装标志：5

和所有气体产品一样，氦既可以液态方式贮存，既可用管道输送又可用运输式罐装容器直接输送。用于罐装氦的容器，小至0.001m³，大到30000m³。

（一）气体氦

气体氦一般用高压钢瓶包装。充装和贮运气态氦的高压钢瓶应严格按照国家准GB5099《钢质无缝气瓶》和国家劳动总局《气瓶安全监察规程》的规定检验和管理，钢瓶漆色为灰色，标绿色“氦”字。气态氦的充装应按照GB14194《永久气体充装规定》的要求进行操作。

气瓶贮运注意事项：氦属不燃性压缩气体，应储存于阴凉、通风仓间内，仓温不宜超过30℃。远离火种、热源。防止阳光直射。应与易燃、可燃物分开存放。验收时要注意品名，注意验瓶日期，先进仓的先发用。搬运时轻装轻卸，防止气瓶及附件破损。

（二）液体氦

在氦液化系统中，液氦贮槽常作为装置的一个外节流部件用来贮存节流膨胀产生的液氦。液氦同贮槽也作为独立的移动式容器供用户使用，容积一般为100~500L。在工业上则使用液氦运输贮槽或固定贮槽来运输和长期贮存液氦。

有关液氦的低温容器简介如下：

1、具有液氮保护屏的液氦贮槽

液氦的沸点很低，其汽化潜热仅是液氧的百分之一，它的长期有效贮存是十分困难的。计算表明，用一个日蒸发率为1%的50L多层绝热液氮容器用来贮存液氦，预计液氦的日蒸发率达50%左右，显然不能满足贮存要求。为了减少液氦的蒸发损失，可以采用具有液氮保护屏的真空绝热贮槽。液氦置于内容器中，保护剂液氮装于中间容器内，两个容器都置于真空外套之中。由于液氮槽遮断了来自热壁的室温辐射，将对液氦的辐射热壁温度降为77K，使到达内的辐射热流大为减少。这种具有液氦保护屏的容器，有较高的绝热效率，能有效地贮存液氦。

早期的小型液氦器（25~100L）也有采用液氦保护屏的绝热结构。当液氦保护屏容器用于公路运输时蒸发率要增加2~7倍，用于铁路运输时，增加60%~80%。

2、蒸气冷却传导屏液氦贮槽

具有液氦保护屏的贮槽，液氦的损耗较小，但结构复杂，制造困难，质量增加，需要辅助冷源等，因此已逐渐为蒸气传导屏或多屏绝热取代。氦与表列其他液体相比，具有最大的显热和潜热比。这就是说，可利用气冷却传导屏。在小型容器的排气颈管上焊上单个或多个蒸气冷却屏，并延伸至多层绝热层中，将容器包围，借蒸发的冷气体带走屏上的热量，降低屏温，减少传向液氦的热流。

3、多屏绝热液氦贮槽

多屏绝热是一种将多层绝热辐射屏与蒸倔冷却传导屏合二为一的超绝热结构。在这种结构中采用层数较少、层密度较小的多层绝热屏（铝箔），用不遏制来自热壁的室温辐射。与此同时，这些铝箔屏又逐一与容器的颈管进行热联结，借助于辐射习平行方向的导热，将屏中热流导向颈管，被多颈管中逸出的冷蒸气带走。多屏绝热结构具有效率高、制作容易、重量轻、预冷快等优点、采用多屏绝热的100L液氦容器日蒸发率大约为1%，是一种先进的绝热结构，得到了广泛的应用。

液体氦的贮运与其他气体不同的是，由于氦的沸点特别低且汽化热很小，用于贮存和运输液体氦的容器技术要求也很高。通常，除使用高效厚绝热层绝热外，还必须用另一种廉价的低温液体（如液氮）的蒸发来屏敞它。小型液氮屏型液氦容器不承压，其容量通常为10~100L液体，液氦蒸发率为0.2~0.6L/d，氦屏液氮消耗2~5L/d，仅适用于短同期贮存和短距离运输。

为了远距离运输大量液氦，可以利用没有排放的承压型液氦容器。在液化生产厂，用沸点下的液氦部分充满容器并封闭。当热漏入容器时，没有氦气排放，容器必须能承受流体温度升高所引起的压力升高。通常，当到达目的地时，容器的内压和温度均在临界点之上，装填的不再是液体而是稠密的超临界冷流体。然而，通过仔细排放，装填物的主要部分可以作为液体回收，而排放的蒸气可以压缩充装钢瓶。运输期在一个星期内可用大型拖车运输，拖车采用多层真空绝热，热泄漏量约30W。对于采用货船的远洋海上运输，运输时间有可能长达一个月，可以采用大至40000L容量的移动式槽车，用液氦屏和真空多层绝热相结合的方式绝热，其热泄保持在8W左右，液氦耗量约40L/d。

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