开采氦气的设备。（© Jennifer Tutop）

这周，牛津大学和杜伦大学同挪威的一家氦气勘探公司宣布他们在坦桑尼亚发现了一个巨大的氦气田，初步估计储量多达540亿立方英尺。这一发现缓解了氦气资源的全球性短缺。氦气对建造粒子加速器和核磁共振器至关重要，但是却大量的被用于各种派对的气球之中。

现代的核磁共振扫描仪，540亿立方英尺的氦气足以建造120万台医用的核磁共振机。

氦气或许是宇宙中第二丰富的元素，而地球上的存量却并不多。在元素周期表中，氦气是第二轻的元素，它被称为赫利俄斯——古希腊的太阳神，因为科学家是通过对太阳的发射光谱分析才首先发现了它的存在。直到1882年，科学家通过对维苏威火山喷发的岩浆的分析才观测到了氦独一无二的光谱线，这是氦在地球上的首次发现记录。

科学家正在研究最近一次坦桑尼亚裂谷伦盖伊火山喷发的火山灰。（© public domain photo）

氦气太轻了，以至于它不能长久的呆在地球上。一旦它以气体的状态出现在地球表面，它会很快的跑到外太空去。氦气比大气层中的所有其它的气体都要轻，随着时间流逝它会逐渐的升到散逸层的顶端：地球空气最稀薄的顶层与外太空的边界。在这个高度，只要有一个来自太阳光或者太阳风粒子的强烈撞击，氦原子就会被推进到它的逃逸速度，并且永远的离开地球。地球上产生的大量氦气早已离开了我们的星球，现在大气层中的氦比例只占了少得可怜的0.00052%。

氦气球，气球里的氦最终都会逃离地球。（© public domain photo）

氦气与许多重元素一样，在地球内部深处才能够产生。虽然大部分构成地球的元素都是非常稳定的，比如熟知的铁、镍、硅、氧、硫、铅等等，但是也有一些例外。像镭、铀和钍这些元素，它们只构成不到1%的地球，但是在它们的原子核却蕴藏了爱因斯坦最伟大的秘密：它们不稳定，它们会发生衰变，当这种情况发生时，它们会把一小部分的质量转化为能量（E=mc²）。

α衰变。（© Nuclear Physics Laboratory, University of Cyprus）

这些元素发生衰变的过程被称为α衰变。一旦发生衰变，一颗α粒子会从重原子核中射出（如上图）。有意思的是，一颗α粒子是由两个质子和两个中子束缚在一起组成的原子核，但这也正是氦原子核！现在，如果我们考虑整个地球，大约50%的热都来自于地球本身的引力收缩，还有另外50%来自于放射性衰变。在地球深处，这些重元素的衰变使地球变成了一个生产效率缓慢的氦气工厂。

当重元素发生α衰变的时候，就会释放出一颗氦-4原子核，根据E=mc²就可以得出衰变释放的能量。氦-4比它的在周期表中的近邻具有较高的每个核子的结合能，因此它特别稳定。（© Wikimedia Commons）

想要产生大量的氦气就得需要数亿年的时间，一旦这些已有的氦气被开采，我们就需要等待足够久的时间让它们能够补充自己。氦气非常的稀有和珍贵，在某个程度上说，我们的星球只给予我么一次的机会去好好的利用它们。一旦被我们浪费了，就相当于永远的失去了这些天然氦气，这使我们发现任何一个可能还隐藏在地球上某个角落的氦气田都显得尤为珍贵。

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