Что будет, когда закончится гелий: 10 неожиданных перемен, которые вам не понравятся24.03.2022 07:03

Гелий впервые выделили из смеси газов в 1895 году. Это бесцветный газ легче воздуха и в то же время самая холодная жидкость на нашей планете. Гелий — один из самых распространенных химических элементов во Вселенной. Однако проблема заключается в том, что гелий сразу же после использования растворяется в атмосфере, то есть буквально улетучивается. Предсказания геологов о скором исчерпании запасов гелия заставляют нас задуматься о том, как будет выглядеть пост-гелиевый мир.

Как только правительство Америки заявило о возможном дефиците гелия, тут же последовало предложение прекратить использовать гелий в индустрии развлечений, для надувания шаров. Действительно, довольно легкомысленный расход исчезающего газа, который так необходим в других сферах. Да, эта мера не решит проблему сохранения гелиевых запасов на земле. Но вдумайтесь: по некоторым оценкам, доля гелия, который используют для наполнения воздушных шариков и рекламных дирижаблей, превышает 50%.

Тому поколению, которое вырастет в мире без гелия, придется объяснять, что значит «а за ним комарики на воздушном шарике», и никто не будет веселить товарищей писклявым голосом, «глотнув» гелия из шара.

Современные дирижабли, в том числе беспилотные, используются для разных целей. Например, перспективной разработкой считается стратосферный дирижабль, который сможет летать в верхних слоях атмосферы, практически на нижней границе космоса. Не горючий и безопасный гелий прекрасно подходит для таких летательных аппаратов, как дирижабли и аэростаты. Если заменить в дирижабле гелий на водород (который тоже легче воздуха), то это автоматически увеличит риск возгорания. Поэтому вынуждены предположить: нет гелия, нет дирижаблей.

Во время работы над «Проектом Манхэттен» (программой США по разработке ядерного оружия) одной из важнейших задач было не допустить утечки радиоактивного вещества в процессе обогащения урана. Чтобы убедиться в надежности и герметичности оборудования, ученые использовали гелий, распыляя его на сварочные швы. Дело в том, что если где-то была хоть малейшая брешь, гелий бы в нее просочился. Атомы гелия — почти что самые маленькие, меньше атомы только у водорода. Гелий не реагирует с другими веществами и очень быстро проникает в отверстия. Получается, что с помощью гелия можно обнаружить любые зазоры и предотвратить утечку чего бы то ни было. А так как гелий не горюч и не токсичен, после «Проекта Манхэттен» газ стал широко использоваться во всех отраслях для поиска утечек и контроля герметичности.

Не говоря про атомную промышленность, без гелия возрастет количество просроченных продуктов (потому что упаковка не сможет гарантировать надежного хранения), плюс все, что может протечь, будет протекать. Возможно, человечество изобретет другой способ, как обнаруживать утечку, но скорее всего он будет значительно дороже, что отразится на стоимости продуктов питания.

Около 23% земного запаса гелия используется для сварки. При электродуговой сварке, когда металл нагревают и расплавляют с помощью электрической дуги, гелий активно применяется для защиты от окисления металла сварочного шва. Например, алюминий нельзя спаять без помощи гелия. Значит, в отсутствии гелия все процессы кораблестроения и строения космических кораблей станут намного, намного сложнее.

Помимо электродуговой сварки, гелий любят в лазерной сварке, используя его как газ для защиты изделия (гелий удерживает расплавленный метал от элементов, содержащихся в воздухе, таких как кислород и водород). Поскольку лазерная сварка применяется при изготовлении автомобилей, без гелия цены на транспортные средства взлетят до небес.

Практически каждый день мы соприкасаемся с гелием, не задумываясь об этом. Чтобы считать информацию со штрих-кода, на кассе супермаркета используют сканеры с гелий-неоновым лазером — это смесь гелия и неона в пропорции 10:1 соответственно. Их популярность легко объяснить: они недорогие, расходуют очень мало энергии и эффективны. Помимо сканеров в магазинах, гелий-неоновые лазеры применяются во многих других областях: в оптике, биомедицинской инженерии, метрологии, голографии и т. д.

От исчезновения гелия сильно пострадает авиакосмическая промышленность. Так, только лишь НАСА расходует до 30 млн кубометров гелия в год. Например, когда ракета сжигает топливо, бак наполняется гелием для поддержания давления. Гелий необходим для очистки двигателей, продувки топливных баков жидкостных ракет и т. д. Конечно, без гелия космические полеты не прекратятся, но станут опаснее и дороже.

Большой адронный коллайдер призван приоткрыть нам завесу вселенских тайн. Это самый большой и самый мощный аппарат на Земле. И чтобы он работал, необходим в том числе и жидкий гелий.

Ускоритель заряженных частиц расположен в тоннеле длиной 26,7 км на глубине от 50 до 175 м. Гигантское кольцо тоннеля немножко наклонено относительно поверхности земли. Чтобы удерживать, корректировать и фокусировать пучки протона, используются 1624 сверхпроводящих магнита. Магниты, чья общая длина боле 22 км, работают при крайне низкой температуре, около —271 °C. Жидкий гелий охлаждает магниты до нужной температуры и защищает их от перегревания. Без гелия в коллайдере, выражаясь фигурально, запахнет жареным. Хотя, пожалуй, не только фигурально.

Сегодняшнюю медицину сложно представить без аппаратов МРТ. Этот способ получения томографических изображений позволяет исследовать внутренние органы как никакой другой. О том, зачем аппарату МРТ жизненно необходим жидкий гелий, вы можете догадаться из названия томографа.

Да, конечно: в сердце магнитного-резонансного томографа — магниты. Очень мощные магниты, которые выделяют огромное количество тепла. Жидкий гелий имеет самую низкую точку кипения среди всех известных веществ и идеален в качестве охладителя. В среднем, один аппарат МРТ использует около 1700 л жидкого гелия. Ученые ищут способ заменить жидкий гелий другими веществами для работы МРТ, и альтернативные варианты есть, но по многим параметрам они все еще сильно уступают гелию.

Как вы успели заметить, гелий особенно ценится за свою криогенность. Еще одна сфера нашей жизни, где требуется жидкий гелий, это компьютеры и телекоммуникации. Сегодня в телекоммуникациях крайне популярна волоконно-оптическая связь. Пока что это самый быстрый способ передачи данных по сети интернет. Однако оптоволоконный кабель необычайно хрупкий, и чтобы обеспечить его невредимость, используется жидкий гелий.

Другой момент — это процесс производства компьютерных микросхем. Для их изготовления необходимы магниты в качестве сверхпроводников. А как мы помним, магниты имеют неприятное свойство перегреваться, от чего их защищает жидкий гелий. Кстати, недавно гелий начали использовать для увеличения плотности записи на жестких дисках. Так что отсутствие гелия усложнит производство всей техники, где требуются чипы и микросхемы: автомобилей, смартфонов, компьютеров и т. д.

Большой адронный коллайдер — самая крупная научно-исследовательская экспериментальная установка в мире. Но кроме нее существуют сотни тысяч других. В каждой серьезной исследовательской лаборатории ученые используют те или иные приборы, которые так же, как и коллайдер, нуждаются в жидком гелии. Да, теоретически вместо гелия могут использоваться и другие элементы, но это сделает область экспериментальной науки более дорогой и куда более опасной. Как следствие, можно будет ожидать сильного сокращения исследовательской мощи. Научные эксперименты в области физики, химии, медицины, компьютерных технологий если не приостановятся, то заметно замедлятся. Что, в свою очередь, скажется на техническом прогрессе вообще.

Стоит отметить, что проблема грядущего исчезновения гелия стала плотно обсуждаться в последние годы разными странами на самом высоком уровне. Ученые работают над новыми технологиями, которые позволят либо заменить гелий в важнейших отраслях, либо сократить его потребление. Это дает надежду, что ни один из перечисленных сценариев нам не грозит.