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科學(xué)家在觀測日全食時(shí)，用光譜儀首次在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)屬于氦的神秘黃線，當(dāng)時(shí)的它不屬于任何已知元素，因而被稱為“太陽的元素”。

“太陽的元素”自維蘇威火山巖釋放的氣體中被發(fā)現(xiàn)，而當(dāng)時(shí)的人們完全不相信這種說法。

科學(xué)家將釔鈾礦置于硫酸中加熱，獲得一種未知?dú)怏w，后經(jīng)鑒定為氦氣，這表明“太陽的元素”在地球上存在。自此，氦正式發(fā)現(xiàn)，并被命名為helium，在希臘語中意為“太陽”。

人們在堪薩斯州德克斯特鎮(zhèn)的石油鉆探中發(fā)現(xiàn)，天然氣含有一種“不燃燒”的不明氣體。后經(jīng)化學(xué)家進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)氣體中含有1.84%的氦。這表明，氦氣雖然在地球上很罕見，但可從天然氣中獲取。

物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，氦氣是一種質(zhì)量極輕的氣體，它的密度只有空氣的1/7左右，這是氦氣的主要優(yōu)勢之一；科學(xué)家將α粒子打入真空管，并向管內(nèi)放電，通過觀察管內(nèi)氣體的發(fā)射光譜，證明了α粒子就是氦核。

科學(xué)家首次液化了“永久氣體”氦氣，開創(chuàng)了低溫工程學(xué)和低溫物理學(xué)新紀(jì)元。

科學(xué)家利用液氦冷卻汞，測量到其電阻幾乎降為零，于是發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)電性。從此，打開了超導(dǎo)的大門，激發(fā)了科學(xué)家在超導(dǎo)領(lǐng)域的研究熱情。

在-270.98℃左右，物理學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)，液氦的比熱容會(huì)發(fā)生突變，由此發(fā)現(xiàn)了超流態(tài)現(xiàn)象。

氦氣具有分子最小、沸點(diǎn)最低、化學(xué)性質(zhì)不活潑、熱穩(wěn)定性高、導(dǎo)熱率高、滲透性強(qiáng)、密度低、擴(kuò)散易、溶解難、密封難等特殊物理化學(xué)性質(zhì)，雖以微量組分產(chǎn)出于天然氣中，非常稀有。但氦氣在液體燃料火箭發(fā)射、深潛水領(lǐng)域不可或缺，極高純度的氦氣是芯片制造必備的保護(hù)氣，同時(shí)氦氣也是殼幔流體交換的示蹤劑，廣泛應(yīng)用于“深空、深海、深地、深藍(lán)”等高新技術(shù)領(lǐng)域，彰顯著“不懼嚴(yán)寒、不畏高溫，高雅獨(dú)立、純潔稀有，甘做配角、默默奉獻(xiàn)”的優(yōu)秀品質(zhì)。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，氦氣的應(yīng)用前景將會(huì)越來越廣闊。

氦氣在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用。例如，在焊接和切割中，氦氣被用作保護(hù)氣體，以保證焊接和切割的質(zhì)量；氦氣用于半導(dǎo)體生產(chǎn)、光纖通信、激光切割、液晶顯示器制造等領(lǐng)域，化學(xué)惰性和高導(dǎo)熱率使其成為芯片制造必不可少的保護(hù)氣；第四代核反應(yīng)堆中，反應(yīng)堆設(shè)計(jì)采用高達(dá)790℃的氣體冷媒溫度，在此溫度下，只有氦氣具有必需的化學(xué)穩(wěn)定性、惰性、高傳熱速率、低動(dòng)力學(xué)壓力損失和低中子有效截面。氦氣在這些方面的應(yīng)用無可替代，工業(yè)生產(chǎn)將是未來氦氣需求增長的主要方向。

氦氣在航空航天領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，人類探索宇宙的征程離不開氦氣的無私奉獻(xiàn)。例如，在液體燃料航天器發(fā)射中，氦氣是無可替代的燃料倉和管道系統(tǒng)的清洗劑、檢漏劑，燃料加載的增壓氣和冷卻劑，等等。清洗增壓液氫罐和管道系統(tǒng)時(shí)，在液氫的低溫環(huán)境中，任何其他氣體（如氮?dú)饣驓鍤猓?，都?huì)凍結(jié)并與液氫混合堵塞管道和閥門，而氦氣是唯一液化溫度遠(yuǎn)低于氫的惰性物質(zhì)，因此能夠在液氫環(huán)境下作業(yè)；在高空氣球和飛艇中，氦氣被用作氣囊氣體，以提供浮力，克服了氫氣球易燃、易爆的缺點(diǎn)。在飛機(jī)發(fā)明前，氦飛艇曾承載著人們安全飛翔的夢想。

氦氣在深潛水領(lǐng)域也發(fā)揮重要作用，為深海探索保駕護(hù)航。例如，潛水員通常會(huì)使用氦氧混合氣體來進(jìn)行深海潛水（潛艇）。這種用氦氣替代氮?dú)獾幕旌蠚怏w，因氦氣在血液中的溶解度明顯小于氮?dú)?，可減少氮?dú)馊苋霛撍畣T血液所帶來的危險(xiǎn)和不適，極大降低潛水員在返回水面的過程中，由于壓力驟降而導(dǎo)致氣泡在血管內(nèi)聚集的風(fēng)險(xiǎn)。

氦氣在醫(yī)療領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，被稱為“拯救生命”的氣體。例如，在核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）等技術(shù)中，核磁共振成像儀的核心是超導(dǎo)磁體，沒有液氦就不能穩(wěn)定運(yùn)行，不能保證高分辨率成像；在呼吸系統(tǒng)疾病的治療中，氦氣可增加呼吸系統(tǒng)中氧氣的傳輸速度，緩解呼吸系統(tǒng)疾病的癥狀；此外，氦氣還可用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療和預(yù)防。

氦氣可用于制造氦氣燈，氦及其同族“兄弟”（惰性氣體）共同為我們貢獻(xiàn)了色彩斑斕的夜景。氦氣燈以氦氣為放電氣體，主要用于廣告燈箱、霓虹燈、紫外線光源等方面。由于氦氣能夠產(chǎn)生明亮的黃色光芒，常被用于商業(yè)和娛樂場所中的燈光效果。

在電子支付領(lǐng)域，氦氖混合制成的氦氖激光器便宜高效且能耗低，廣泛應(yīng)用于條形碼識(shí)別、二維碼支付等場合。

氦氣可用于氣體充填，如球類、氣球、氣墊等，因?yàn)楹獾拿芏确浅５?，可使充入的物體漂浮在空中；氦氣還可填充于食品包裝中，以保持食品的新鮮度和質(zhì)量。

信息化時(shí)代離不開氦氣的守護(hù)。氦氣在量子計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用前景廣闊，量子計(jì)算機(jī)為使量子比特溫度保持在絕對零度左右，需采用液氦冷卻，離開了氦，量子計(jì)算機(jī)將無法穩(wěn)定運(yùn)行。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等的發(fā)展，氦氣更多地被用于填充硬盤。硬盤是計(jì)算機(jī)中非常重要的存儲(chǔ)設(shè)備，在硬盤內(nèi)部，盤片上涂覆著一個(gè)非常薄的磁性涂層存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)硬盤運(yùn)行時(shí)，盤片會(huì)高速旋轉(zhuǎn)，讀寫端則會(huì)在盤片上尋找和讀取數(shù)據(jù)。在硬盤中使用氦氣可謂大有裨益，首先，相比于空氣，氦氣的密度更低，阻力更小，可以降低摩擦力和風(fēng)阻，使盤片更加容易旋轉(zhuǎn)，提高硬盤的讀寫速度和性能；其次，氦氣的熱傳導(dǎo)性能比空氣好，能夠更好地散熱，減少硬盤運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量；再次，氦氣的化學(xué)惰性，能夠更好地保護(hù)硬盤內(nèi)部的磁性涂層和讀寫頭，延長硬盤壽命。填充了氦氣的硬盤，其使用壽命比普通硬盤高兩倍以上，同時(shí)讀寫速度和性能也得到明顯提升。

氦氣在科學(xué)研究方面有諸多用途。例如，精密分析中，氦氣作為氛圍氣用于運(yùn)載被檢測氣體進(jìn)入分析裝置，由于其化學(xué)惰性，在使用過程中不會(huì)與被檢測組分發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，保證了檢測準(zhǔn)確性；氦氣的相對分子質(zhì)量和物理性質(zhì)與大部分要分析的物質(zhì)差別很大，利用氦氣作載氣，對基于熱導(dǎo)系數(shù)、聲速和密度等變化的檢測器來說，均可以實(shí)現(xiàn)最高的檢測靈敏度；氦氣氣溶膠能夠制備納米顆粒和涂層；氦氣還可用于低溫制冷、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、氣體探測器、流體動(dòng)力學(xué)等研究領(lǐng)域；氦-3/氦-4 值是靈敏的地殼穩(wěn)定性指標(biāo)，在地震監(jiān)測中守護(hù)著我們的安全。

第一代”核聚變是氘—氚聚變，優(yōu)點(diǎn)是燃料便宜，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生中子，具有放射性。“第二代”核聚變是氘與氦-3發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)本身不產(chǎn)生中子，但其中有氘，氘-氘反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生中子。“第三代”核聚變，氦-3與氦-3反應(yīng)，聚變過程中不產(chǎn)生中子，放射性小，反應(yīng)易控制，既環(huán)保又安全，堪稱終極聚變。氦-3是世界公認(rèn)的高效、清潔、安全、廉價(jià)的核聚變發(fā)電燃料。10噸氦-3就能滿足我國一年所有的能源需求，100噸氦-3便能提供全世界能源需求。但氦-3在地球上的蘊(yùn)藏量很少，人類初步探測表明，月殼淺層含有上百萬噸氦-3，足夠人類使用上萬年。

世界氦氣資源勘查程度低，已探明和已開發(fā)氦氣資源非常有限，分布相對集中。天然氣中氦氣平均含量為 0.04%，目前全球探明氦氣儲(chǔ)量僅占天然氣探明儲(chǔ)量的 0.005 6%，表明可達(dá)到工業(yè)品位的氦氣資源極少。由于其在自然界中分布極為稀少，全球可用的氦氣資源儲(chǔ)量也十分有限。根據(jù)天然氣中可利用的氦氣含量，一般將天然氣分為少見的特富氦天然氣（氦氣含量≥1.00%）、提氦效益良好的富氦天然氣（氦氣含量0.30%~1.00%）、可直接提氦的中氦天然氣（氦氣含量0.10%~0.30%）、可聯(lián)產(chǎn)提氦利用的低氦天然氣（氦氣含量0.03%~0.10%），以及難以利用的貧氦天然氣（氦氣含量＜0.03%）。

截至2022年年底，世界氦氣總資源量約為484億立方米，其中美國、卡塔爾、阿爾及利亞、俄羅斯資源量分別為171、101、82、68 億立方米，共占世界資源量的87%。世界氦氣總探明儲(chǔ)量約為120.85億立方米，其中美國氦氣儲(chǔ)量約85.61億立方米，占世界總儲(chǔ)量的71%；卡塔爾氦氣資源來自液化天然氣尾氣（閃蒸氣）提純回收，資源量巨大，但缺乏達(dá)到工業(yè)品位的氦氣儲(chǔ)量；阿爾及利亞氦氣儲(chǔ)量18億立方米；俄羅斯氦氣儲(chǔ)量17億立方米。美國、阿爾及利亞、俄羅斯三國氦氣總儲(chǔ)量占世界已公布探明儲(chǔ)量的99.99%（USGS，2022）。此外，坦桑尼亞魯夸區(qū)可能蘊(yùn)含多達(dá)39.1億立方米的氦氣資源量，但仍需鉆探證實(shí)（Helium One，2022）。中國、印度、澳大利亞、阿根廷等也可能擁有氦氣資源，有待證實(shí)。

近年來，世界氦氣產(chǎn)量穩(wěn)中有降，增長乏力，美國戰(zhàn)略儲(chǔ)備消耗殆盡，全球供不應(yīng)求。2022年，全球氦氣產(chǎn)量1.6億立方米，美國是全球最大的氦氣供應(yīng)國，占全球氦氣產(chǎn)量的約47%（USGS，2022）。

由于氦氣的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，目前全球氦氣需求量持續(xù)增加，供應(yīng)情況比較緊張。據(jù)國際氣體協(xié)會(huì)（IGA）預(yù)測，到2030年，全球氦氣供應(yīng)可能會(huì)面臨短缺，未來幾年可能會(huì)出現(xiàn)更加明顯的供需緊張局面。為了確保全球氦氣供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，需要各國加強(qiáng)氦氣勘探和開發(fā)，提高氦氣的產(chǎn)量和供應(yīng)能力，以確保全球氦氣供應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

地球上的氦氣有兩個(gè)來源：一是在地球內(nèi)部的巖石中形成；二是由太陽風(fēng)輻射到地球大氣層并被地球所捕獲。地球內(nèi)部來源的氦氣儲(chǔ)量較大，成藏條件相對比較穩(wěn)定；太陽風(fēng)輻射到地球大氣層中的氦氣儲(chǔ)量較小，但分布范圍廣，難以聚集。因此，地球內(nèi)部是氦氣的主要來源。氦氣的成藏機(jī)理是多種因素綜合作用的結(jié)果，地下水流、地震等因素也會(huì)對氦氣的成藏和運(yùn)移產(chǎn)生影響。

氦氣的生成速率極其緩慢，加之氦分子具有極易擴(kuò)散的特征，使得經(jīng)典石油地質(zhì)理論針對氦氣運(yùn)移、聚集和保存的研究面臨巨大挑戰(zhàn)。目前不同學(xué)者從不同角度對氦氣成藏的控制因素進(jìn)行了研究，系統(tǒng)的氦氣富集成藏理論還有待建立。

在氦氣的來源方面，Mamyrin和Tolstikhin（1984）將氦氣分為大氣源、殼源和幔源三類。目前工業(yè)用的氦氣主要為殼源，是鈾、釷元素放射性衰變成因。

在氦氣的釋放機(jī)理方面，Ballentine和Burnard（2002）認(rèn)為 , 氦氣可通過α輻射、擴(kuò)散、裂隙和礦物重結(jié)晶而從源巖中釋放出來。由于U-Th-He定年的需要，氦氣通過α輻射和擴(kuò)散從礦物中釋放的研究較為深入。

對氦氣運(yùn)移、聚集和保存的研究重點(diǎn)多集中在運(yùn)移通道、運(yùn)移方式等宏觀方面，提出了一些概念模型，但缺乏深入系統(tǒng)的細(xì)節(jié)認(rèn)識(shí)。Nikonov（1973）、Gold和Held（1987）、Broadhead（2005）認(rèn)為，基底斷層和裂隙能使氦氣在垂向上運(yùn)移和聚集；Ballentine和Burnard（2002）認(rèn)為，由于地殼中氦氣低，氦氣不能單獨(dú)形成連續(xù)流體，因此氦氣的運(yùn)移依靠巖石孔隙中的流體；Ballentine和Sherwood-Lollar（2002）認(rèn)為，美國Hugoton-Panhandle氣田的氦氣是通過地下水而運(yùn)移的；Brown（2010）認(rèn)為，礦物產(chǎn)生的氦首先溶于孔隙水，當(dāng)有載體氣經(jīng)過時(shí)，載體氣中氦氣分壓低，氦氣便會(huì)脫溶進(jìn)入載體氣而隨其運(yùn)移至氣藏。氦氣的運(yùn)聚與其他地下流體（水、油、氣）的關(guān)系密切；氦氣向上逸散過程中，儲(chǔ)層與蓋層間通量差導(dǎo)致了氦氣的富集和保存（Sathaye等，2016）；李玉宏（2017，2022）提出殼源氦氣弱源成藏、異源同儲(chǔ)、多源富集理念，指出氦氣與烴類天然氣成藏的關(guān)聯(lián)性與差異性。

氦氣資源保障可以從多個(gè)方面開展工作，增加國內(nèi)氦氣產(chǎn)量是最重要的途徑。而尋找富（含）氦天然氣資源是氦氣工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，勘探是找到氦氣藏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按照氦氣賦存規(guī)律尋找富氦氣藏是中長期提高我國氦氣資源保障水平的必然選擇。氦氣以微量組分賦存于天然氣中，但氦氣富集和天然氣（烴類）成藏機(jī)理存在差異，勘探方向不同，按照油氣勘探思路發(fā)現(xiàn)的天然氣田多數(shù)貧氦，能夠“偶遇”的富氦氣田極少。通過現(xiàn)有天然氣田含氦量篩查，形成不同類型和品位資源的有效利用方案是實(shí)現(xiàn)短期提升氦氣資源保障水平的現(xiàn)實(shí)應(yīng)急途徑；而通過全國氦氣資源潛力評價(jià)，在評價(jià)的氦氣遠(yuǎn)景區(qū)開展油氣新區(qū)氣、氦兼探，尋找資源品位高、易提取、高效益的富氦氣藏是提高我國中長期氦氣資源保障水平的主要方式。

目前針對富（含）氦天然氣富集規(guī)律的研究有限，勘探技術(shù)也不成熟?？晒I(yè)開發(fā)的氦氣資源賦存于以烴類、氮?dú)夂投趸嫉葹橹饕煞值奶烊粴獠刂?，其中又以烴類天然氣為主。氦氣資源勘探基本上沿用了烴類天然氣的勘探技術(shù)方法，氦氣資源的地球物理、地球化學(xué)勘探方法尚處在探索階段，井下識(shí)別方法尚存在技術(shù)短板。目前自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局已經(jīng)開展了重力、磁法、電法識(shí)別方法技術(shù)和土壤地球化探勘探等氦氣勘探技術(shù)方法試驗(yàn)，形成了一定的技術(shù)積累。氦氣隨鉆氣測錄井識(shí)別評價(jià)方法（地球化學(xué)方法）和測井識(shí)別評價(jià)方法（地球物理方法）等井下勘探技術(shù)尚處在探索試驗(yàn)階段，在常規(guī)氣測錄井中增加氦氣錄井是氦氣隨鉆識(shí)別最為可行的方法。

氦氣主要通過天然氣開采得到，由于天然氣中氦氣含量非常低，需要進(jìn)行專門的氦氣分離、提純工藝才能得到高純度的氦氣。目前，傳統(tǒng)氦氣分離提純技術(shù)主要有低溫分餾法、壓力摩爾篩法和膜分離法，等等。集成提氦方法有液化天然氣聯(lián)產(chǎn)、深冷-膜分離耦合，等等。當(dāng)前，富氦天然氣和液化天然氣閃蒸氣是提氦的兩大來源。美國氦氣生產(chǎn)原料主要為富氦天然氣，卡塔爾則為液化天然氣閃蒸氣。

近年來，我國液化天然氣閃蒸氣提氦工作快速發(fā)展，成為現(xiàn)階段我國氦氣戰(zhàn)略資源保障的主要力量，以鄂爾多斯盆地為代表，已建成產(chǎn)能達(dá)百萬立方米級(jí)規(guī)模的提氦裝置。油氣公司也在積極推進(jìn)天然氣提氦項(xiàng)目。

隨著氦氣的重要性得到關(guān)注，氦氣保障模式也愈加受到重視。氦氣的未來保障模式要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

一是采取多種措施，提高氦氣資源利用率。例如，加強(qiáng)氦氣回收技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，減少氦氣的浪費(fèi)和損失；采用先進(jìn)的勘探技術(shù)和開采技術(shù)，提高氦氣的采收率；開發(fā)和應(yīng)用替代品，減少對氦氣的需求，等等。

二是加強(qiáng)氦氣資源管理，以保障氦氣資源的可持續(xù)開發(fā)和利用。例如，制定完善的氦氣資源管理制度，規(guī)范氦氣資源開發(fā)和利用行為；加強(qiáng)氦氣資源調(diào)查和監(jiān)測，及時(shí)了解氦氣資源的變化情況；建立氦氣資源儲(chǔ)備體系，保證氦氣供應(yīng)的穩(wěn)定性，等等。

三是加強(qiáng)國際合作。氦氣是一種全球性資源，其供需關(guān)系和市場價(jià)格都受到國際因素影響，因此，在氦氣資源保障模式中，國際合作也是至關(guān)重要的。各國可以在氦氣資源開發(fā)、利用和管理等方面開展合作，共同保障氦氣的穩(wěn)定供應(yīng)。

四是推動(dòng)氦氣產(chǎn)業(yè)升級(jí)，這也是未來氦氣保障模式的重要組成部分。可以通過加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，推動(dòng)氦氣產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化等方向發(fā)展；鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高氦氣產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力，等等。

氦氣是一種重要的不可再生資源，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和需求的增長，氦氣的未來供應(yīng)已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的關(guān)注焦點(diǎn)。氦氣的發(fā)現(xiàn)、用途、產(chǎn)量、供應(yīng)情況、未來的保障模式、資源量與資源分布、富集機(jī)理、勘探方法、開發(fā)技術(shù)等方面的研究，對于我們更好地認(rèn)識(shí)和利用氦氣資源具有重要的意義。當(dāng)前，氦氣的供應(yīng)量無法滿足其廣泛的應(yīng)用需求。為了保障氦氣的可持續(xù)供應(yīng)，近年來，國家加大了氦氣基礎(chǔ)研究投入，油氣企業(yè)加強(qiáng)了氦氣調(diào)查力度，發(fā)現(xiàn)了塔里木、柴達(dá)木、鄂爾多斯等多個(gè)氦氣新富集區(qū)。國外也出現(xiàn)了氦氣勘探熱，多家公司在美國西南部、加拿大薩斯喀徹溫省和艾伯塔省、坦桑尼亞、澳大利亞和南非等地從事氦氣勘探。

相信在全球的共同努力下，氦氣資源的開發(fā)和利用將會(huì)更加合理、高效和可持續(xù)，為人類社會(huì)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。