为应对氦气短缺,亚利桑那州立大学开始支持氦气回收系统

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  • 发布时间:2022-12-03 13:33
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为应对氦气短缺,亚利桑那州立大学开始支持氦气回收系统

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       为了充分利用其供应,亚利桑那州立大学为其磁共振研究中心配备了一个可持续系统,该系统可回收用于研究的氦气。在那里,科学家们正在努力了解癌症、疼痛感知和可降解塑料等课题。

      近一个世纪以来,美国一直是世界上最大的氦供应商。虽然美国氦气行业历史上由联邦政府管理,但现在正转变为私营行业。由于过渡和联邦氦储备关闭,美国的氦产量下降。现在,这种关键天然气越来越多地来自卡塔尔、俄罗斯和阿尔及利亚等其他国家,但由于这些地区的不稳定,价格和供应并不稳定。

      氦是一种不可再生的资源,它是在地球深处作为放射性物质(如铀)衰变而产生的。氦逐渐向上冒出气泡,虽然大部分氦逃离了地球表面,但有一小部分氦被困在地下致密的岩石圆顶之下,人们可以在那里提取氦。地球上有限的氦不断减少,部分原因是氦气极难被吸收。它的结构很小,我们需要特殊的容器来装它。一旦氦逃逸到空气中,它就会穿过地球大气层,进入外层空间,永远离开地球。

      尽管氦与娱乐息息相关,但它也有严肃的一面。它的体积很小,非常适合测试火箭和天然气管道的泄漏。它不易燃,因此对于必须在充满气体的无菌室中制造微芯片的制造厂来说,这是一个安全的选择。并且它可以在接近绝对零度(大约零下460华氏度)的液体形式存在,这是可能的最低温度。它保持超冷的能力使得氦对于磁共振成像机至关重要。这些以进行详细的医学扫描而闻名的MRI机器依赖于超导磁体。这些特殊的电磁体必须保持极冷才能正常工作,如果它们升高到一定温度以上就会损坏。

      ASU核磁共振研究中心依靠核磁共振成像和核磁共振波谱(就像原子的核磁共振成像)来完成工作,使氦成为关键资源。为了充分利用其供应,安装了一套专门为其设备和需求设计的氦气回收系统。

      在超导磁体内部,液态氦冷却剂逐渐沸腾成气体,通过特殊密封的铜管网络捕获并输送,使实验室看起来像是酒厂。这些气体收集在巨大的袋子里,每个袋子可以装16000升。一旦装满,袋子中的气体被压缩并储存在中压罐中。从罐中,氦气被送到净化器中,净化器在转化为液体之前去除任何水蒸气、氧气或氮气,从而将纯液氦留在实验室,以备再次使用。

      ASU的16000升氦气收集袋中的每一个都装有足够的气体,可以装满约1135个气球。“我们的长期目标是回收和再循环至少85%的氦气,”该中心的员工科学家和经理Brian Cherry表示。“每五周,我就要给我的一个磁铁充一次气,如果一两天内我没有得到氦气,400万美元的设备就没了。所以,在我们节约资金和回收利用的同时,我们也在保护投资,不必依赖波动的市场。”其他大学也安装了自己的回收系统,但Cherry指出,ASU的大型储罐系统与其他大学有所不同。该中心希望展示使用回收系统的优势,并鼓励诊所、实验室和其他设施采用类似系统,更好地保护世界的氦气供应。

      “自2022年6月以来,我们已经捕获了大约2500升液氦”核心研究设施运营总监Samrat Amin表示。以目前液氦的平均价格,回收系统已经为该中心节省了约5.5万美元。Amin补充道:“氦回收系统的成本节约占我们运营预算的很大一部分。该系统不仅符合ASU的可持续发展目标,还确保了我们提供关键仪器的长期能力,为ASU的研究人员提供服务。”ASU恢复系统将在后台工作,以支持大约150名使用核心设施的研究人员,以及教学实验室、外部企业和合作者。

      由于核磁共振机起着至关重要的作用,研究人员无法回避对氦的需求。这就是为什么,当国家卫生研究院宣布为核磁共振设备的氦回收系统提供资金时,王和范霍恩主动提出申请。现在,他们能够继续使用氦,并且使用得很好。“我认为,在不久的将来,我们可能无法获得足够的氦气,即使我们愿意支付不断上涨的价格,”王说。“这个氦气回收系统对整个设施的可持续性至关重要。”

                                                                                                                                                     *部分内容来自网络,若有侵权请联系删除!

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