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一、基本性質(zhì)

• 物理性質(zhì)：
  • 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(tài)氦（液氦）在溫度低于 - 271℃時會轉(zhuǎn)化為超流體，具有無黏性、高導(dǎo)熱性等獨特物理特性。
• 化學性質(zhì)：
• 化學惰性極強，常溫下幾乎不與任何物質(zhì)反應(yīng)，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(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

• 航空航天與國防：
  • 火箭推進劑：液氦用于冷卻火箭發(fā)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(huán)境下測試航空器件的性能穩(wěn)定性（如復(fù)合材料、電子元件）。
• 醫(yī)療與科研：
  • 核磁共振成像（MRI）：液氦用于冷卻超導(dǎo)磁體（維持 - 269℃低溫），確保磁場強度穩(wěn)定，是 MRI 設(shè)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(dǎo)現(xiàn)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(dǎo)體工業(yè)：
  • 半導(dǎo)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(zhì)污染（需 6N 級高純氦，純度≥99.9999%）。
  • 光纖生產(chǎn)：在光纖拉絲工藝中冷卻玻璃預(yù)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(yè)：
  • 核聚變研究：氦 - 3（稀有同位素）是未來核聚變反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)熱性傳輸熱量。

四、儲存與運輸要求

• 儲存方式：
  • 高壓氣態(tài)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(guī)模運輸，鋼瓶需定期檢測耐壓性和密封性。
  • 低溫液態(tài)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(tài)的 700 倍，適合大規(guī)模運輸。
• 運輸要求：
  • 氣態(tài)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(tài)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(yè)集群（如美國氦氣管網(wǎng)）中使用，國內(nèi)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(fā)窒息），作業(yè)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(dǎo)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(tài)泄漏接觸身體。
• 泄漏應(yīng)急處理：
  • 氣態(tài)泄漏時，關(guān)閉氣源，開啟通風系統(tǒng)，無需滅火（不燃），但需疏散人員至安全區(qū)域；液態(tài)泄漏時，用絕熱材料覆蓋吸收，防止地面結(jié)冰滑倒，嚴禁直接接觸液氦。

六、純度標準與行業(yè)現(xiàn)狀

• 純度等級：
  • 工業(yè)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(dǎo)體、醫(yī)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(xiàn)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(nèi)僅內(nèi)蒙古、四川有少量含氦天然氣田，產(chǎn)能有限。
  • 價格受國際供應(yīng)影響波動大，2023 年以來因地緣政治和供應(yīng)鏈緊張，高純氦氣價格同比上漲超 30%，推動氦氣回收技術(shù)發(fā)展（如 MRI 設(shè)備液氦循環(huán)利用，回收率可達 90% 以上）。
• 前沿發(fā)展：
  • 氦氣回收技術(shù)：半導(dǎo)體工廠、MRI 中心通過低溫吸附或膜分離技術(shù)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(guān)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(lǐng)域仍無可替代。