派對用品專賣店「派對城市」(Party City) 本月宣佈關閉 40 家商店,除了因應新的挑戰,還有 一個少為一般顧客知道的原因,因為氦氣 (Helium) 缺乏,不能製作會飄浮的氣球,沒有氣球、派對的氣氛就差多了。派對城市在全球有 850 家商店,以製作各式各樣各種場合的氣球著名,我們俗稱「輕氣球」,用的不是有危險的氫氣,用的是氦氣。
美輪美奐的氣球,因為氦氣的短缺,會越來越少了。Photo by Spemone from Pexels
一般人大概很少知道,氦氣除了用來充灌氣球,還有更重要的科學用途。美國物理協會的政府事務主任 Mark Elsesser,對派對城市的宣佈,或多少感到一點緩解,他說現在氦的嚴重短缺,對許多科學研究影響重大,派對城市的關店宣佈,正好讓公眾、乃至政府,知道這個早就該重視的問題。
氦氣比空氣輕,可以讓氣球飄浮,但氦氣更大量用在磁共振影像 (MRI) 與超導體上,是化學的一大動力,許多重要的實驗,都因氦氣短缺停了下來,致科學研究落後。科學家都把氦氣看成與黃金一樣的寶貴,因為氦是世界上最冷的元素,液體氦可以驟然降溫至 -450°F (-268°C),幾近外太空的低溫,而且無可替代,地球上沒有任何方法可以把溫度降到這麼低。
美國聖路易的華盛頓大學 Sophia Hayes 教授,是著名的氦專家,依賴液體氦來冷卻超導體的運作,說氦的短缺對他們來說是情況緊急。液氦除了冷卻超導體磁力,還用作製藥的研究實驗,也用在 NASA 火箭的燃料分離,以及國防用的雷達偵測器。現在的問題是沒有足夠的氦來做這些事,所以今年物理協會才把「氦危機」列為列為最優先的議題。
氦是宇宙第二多的元素,因為太輕,不容易捕捉、儲存,大部分都消散到大氣,無法再生。氦是鈾元素核子反應衰竭後,陷在岩石的自然產物,成為開採天然氣的副產品,全球僅有美國、卡達、阿爾及利亞幾個出產天然氣的國家,是可靠的來源。
美國德州 Amarillo 的「聯邦氦氣儲備」,存有 10 億立方米的氦氣,十幾年前國會通過轉讓私營,逐年把存量拍賣,研究人員擔心一旦存量出清,估計約占美國存量的40%,氦的取得就更加不易。近年的短缺使得氦的價格飆漲,從十年前每升 5 美元,漲到每升 100 美元,許多重要的實驗因此停頓,甚至學校聘請教授如果需要氦實驗,則另請高就,因為養不起氦。
Mark Elsesser 希望政府有新的政策,加強氦的生產,更新裝備,把用過的氦氣回收,液化再用。同時大家也尋找新的產地,有的報告說在坦桑尼亞發現氦的儲存,Hayes 教授說俄羅斯希望在 2021 年成為氦的供應國。月球上可能有豐富的氦儲存,但如何開採運回地球,是以後的事了。
卡達是第二大液氦的供應國,由於對外交通被鄰國切斷,使得短缺愈加嚴重,科學研究不但面對飆高的價格,又因被大顧客搶先,有錢也不一定能買得到。在沒有氦氣之下,科學家被迫延後或放棄一些實驗,讓一些精密昂貴的裝備閒置。
持續短缺之下,減少使用的浪費成了必要的措施,液體氦沸點極低,在ㄧ般的實驗環境很容易揮發到空氣之中,然後飄浮到太空,永遠損失。但如果能把洩漏出去的氦氣回收,95% 都可以再液化、儲存、再利用。但回收的設備並不便宜,即使小型實驗室也在 10 萬美元之譜,大型實驗室都進入百萬美元之列,只有大機構有能力負擔。
美國加州大學洛杉磯分校 Stuart Brown 教授,到國會作證說氦氣的高價與來源不穩定,對科學研究極為不利,以致學校減少雇用人力來支付高價的液體氦氣,甚至把需要液氦的研究全部放棄,他呼籲立法投資氦氣的回收,來支援研究人員。長期來說,回收可以省錢,同時避免依賴氦的研究萎縮,對短期的急需也是一種緩衝。
氦有超低溫又不燃的特質,要找替代品並不容易,氦氣蘊藏在天然氣的岩石層,為開採天然氣的少量副產品,為地球的珍貴資源,不斷的開採終有用盡的時候。當我們看著派對與慶典的五彩氣球,徐徐飄上天空,恐怕不會想到,許多科學上研究,也因此隨風飄去。
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