這裡亞夜。
「現在」這個時間亞夜還在高雄，為了不要斷更，就用了「預約發表」功能了。來聊聊科普吧！今天的主題是「氦氣」。
【什麼是氦氣】
氦氣是氦元素在自然界中的主要型態，元素符號為 He，原子量為 4。
氦位於週期表中的 VIII A 族，本身就是八隅體狀態，因此自然狀態下不與任何其他元素化合，換句話說，氦元素在自然界中不存在固體化合物，所有的氦元素都是以「氦氣」的形式存在。
由於氦氣不與其他元素化合，所以氦氣無毒無味。而且氦氣分子量小（只有 4，僅次於氫氣的 2）又不可燃，亦可代替氫氣作為熱氣球的主要浮力來源。
【氦氣哪裡來】
氦氣是惰性氣體，所以自然界中不存在天然化合物。所有的氦原子，都是以氦氣的方式存在的。但是氦氣又比空氣輕，一旦逸散就會立刻飄到太空裡無從回收，因此地球上的氦氣漏一滴就是少一滴。
空氣中有極少量的氦氣。咦？不是說氦氣一旦洩漏就會直接飄到太空裡無從回收嗎？那空氣中為什麼會有？這跟「酒」是一個意思：
酒精的密度比水低，所以理論上所有的酒精都應該浮在水上；然而酒精跟水會「互溶」，因此酒精會跟水混在一起，進而你可以在底部也找到酒精。
同理，氦氣也會跟空氣「稍微互溶」。當然不是真正意義的互溶，就只是他也會混在一起而已。但是氦氣可以穩定混在空氣中的量極少，大約僅為百萬分之五左右，因此從空氣中提煉氦氣是不現實的，並且一旦氦氣洩漏，想要從洩漏的空間中回收也是極度困難的。
氦元素雖然是宇宙中豐富度僅次於氫元素的存在，但因為他沒有天然固態化合物的特性，導致他很容易逃逸到宇宙空間之中。地球已經存在了 46 億年之久，可以見得，地球形成初期的氦元素就算有也早就逸散光了。那麼地球中的氦氣礦是哪來的呢？
來自放射性元素的「α-衰變」。
地球的地核中有非常多的放射性元素，而這些放射性元素無時無刻都在「衰變」。放射性元素的衰變當中其中一種就是「α-衰變」，當「α-衰變」發生時，重元素會分裂成兩個輕元素同時釋放出一個「α-粒子」，而「α-粒子」就這麼剛好就是「氦的原子核」。這個帶正電的「α-粒子」會很快地從週圍搶奪電子並形成氦元素，然後這些極度穩定的氦元素就會被埋在地底下等著被開採的一天。
事實上，這些衰變而產生的氦氣並不會聚集在一起形成所謂的「氦氣礦」，而是會在地底下被「天然氣」捕獲並混合在一起。當人類開採出天然氣礦後，這些天然氣中大約有 7% 左右的氦氣，接著只需要透過分餾的方式將氦氣提純分離出來即可供人類使用。
除了從天然氣礦中提取氦氣以外，也還有從鈾礦中提取衰變過程中的少量氦氣的做法。但受到衰變速度的影響，從鈾礦提煉氦氣的方式並不經濟。
理論上，氦氣在地球上有「生產機制」而能夠源源不絕產生——在地底下所有的放射性元素都衰變光之前。但是放射性元素的衰變是機率事件，豐度越低衰變越慢，因此可以想見，氦氣的產生也會隨著時間經過逐漸變慢。另一方面，地球上的放射性元素以現有的理論而言無法重新合成，因此地球上的氦氣毫無疑問是一種「非再生資源」。也就是說，一旦漏掉一滴就是少一滴，不好好珍惜使用的結果就是遲早沒有氦氣可用。
【氦氣可以幹嘛】
氦氣因為密度極低的緣故，因此最直觀的用途就是做為熱氣球的浮力來源。雖然氫氣的密度只有氦氣的一半，但因為氫氣很容易燒起來造成災難，因此不可燃的氦氣是為熱氣球提供浮力的理想氣體。
然而對人類幫助最大的應用莫過於液態氦。
氦氣是最難液化的物質，在標準大氣壓下沸點僅 4 開爾文（-269 攝氏度），但這也是人類製冷的終極手段。各國醫學中心一定會有的「核磁共振」機就需要使用到液態氦，因為他需要大量的電流。為了維持電流不要衰退，就必須使用超導體來製作導線。而為了維持導線的超導態，就必須使用液態氦來冷卻降溫。也因此，當這些降溫用的液態氦散逸掉時，就意味著超導態的中斷，於是核磁共振機就失去了功能，進而導致許多醫學檢查與研究無法進行。換句話說，氦氣掌握著人類的性命。
【後記】
氦氣是核裂變的產物唷！想不到吧？
封面圖片：AI生成
