每到節(jié)日慶典，廣場(chǎng)上空常常飄滿(mǎn)五顏六色的氣球。如今出于安全考慮，氣球內(nèi)部充的不再是易燃?xì)錃?，而是換成了惰性氦氣。不過(guò)，氦氣的作用遠(yuǎn)不止于點(diǎn)綴派對(duì)。它更是現(xiàn)代工業(yè)與高科技領(lǐng)域中不可或缺的“血液”。

從醫(yī)療顯像，航天發(fā)射，到芯片制造，國(guó)防工業(yè)，幾乎所有關(guān)鍵領(lǐng)域都離不開(kāi)它。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)氦氣供應(yīng)高度依賴(lài)進(jìn)口，時(shí)常面臨“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。但最近，一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破悄然改變了這一困局。我國(guó)終于在這場(chǎng)無(wú)聲的戰(zhàn)役中，奪回了屬于自己的主動(dòng)權(quán)。

氦氣：工業(yè)黃金

在現(xiàn)代工業(yè)和高科技領(lǐng)域，氦氣是一種戰(zhàn)略?xún)r(jià)值堪比黃金的稀缺資源，被譽(yù)為“黃金氣體”。它無(wú)色無(wú)味，幾乎不與任何其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)特性極為穩(wěn)定，正是這種獨(dú)特的“惰性”，使其成為一種高度安全的氣體介質(zhì)。

氦氣應(yīng)用已滲透到現(xiàn)代工業(yè)的方方面面。在醫(yī)療領(lǐng)域中，核磁共振儀的超導(dǎo)磁體必須在液氦創(chuàng)造的極低溫環(huán)境下才能穩(wěn)定運(yùn)行；在航空航天方面，無(wú)論是火箭燃料的輸送與增壓，還是飛船艙內(nèi)精密閥門(mén)的操控，都依賴(lài)于氦氣的關(guān)鍵作用。

在我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)和電腦背后，是龐大的半導(dǎo)體和光纖產(chǎn)業(yè)。而氦氣在芯片和光纖制造過(guò)程中充當(dāng)著保護(hù)氣和冷卻劑的角色。

然而，工業(yè)上的氦氣可不僅僅是“有”就可以，更是對(duì)其“純度”有著近乎苛刻的要求。我們通常用“N”來(lái)代表純度，例如5N意味著純度高達(dá)99.999%。而在半導(dǎo)體這類(lèi)尖端制造中，往往需要6N甚至更高純度的氦氣。

即便是十萬(wàn)分之一級(jí)別的微量雜質(zhì)，也足以引起芯片短路，材料氧化，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

在自然界，氦資源極為稀少。大氣中氦只有大約百萬(wàn)分之五的濃度，根本不具備規(guī)模化開(kāi)采的可能。目前工業(yè)所用的氦氣，主要依靠提取地底巖石中放射性元素（如鈾、釷）衰變所產(chǎn)生的氣體。

但這一制備過(guò)程技術(shù)復(fù)雜，成本高昂，致使全球工業(yè)氦氣市場(chǎng)長(zhǎng)期處于少數(shù)國(guó)家的壟斷控制之下。

美國(guó)百年壟斷

這里的“少數(shù)國(guó)家”，主要是指一個(gè)世紀(jì)以前就開(kāi)始布局氦氣戰(zhàn)略的美國(guó)。

1903年，美國(guó)堪薩斯州一處鉆探工地，人們意外發(fā)現(xiàn)一種奇怪氣體。它不可燃，無(wú)色無(wú)味，看起來(lái)似乎毫無(wú)用途。然而當(dāng)送到實(shí)驗(yàn)室分析后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種氣體中竟含有1.84%的氦氣。這在自然界中已經(jīng)是極高的濃度。

美國(guó)政府迅速意識(shí)到了這種氣體的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值：它如氫氣般輕盈，卻是非常安全的惰性氣體，且沸點(diǎn)極低，在軍事和航空方面未來(lái)可能大有用途。于是，基于軍事考量，美國(guó)大力投入從天然氣中提取氦氣的技術(shù)，建立了全球最早的氦氣工業(yè)體系。

1925年，美國(guó)出臺(tái)《氦氣保護(hù)法案》，規(guī)定任何相關(guān)出口都須經(jīng)軍方，政府乃至總統(tǒng)層層批準(zhǔn)，以法律授權(quán)把氦氣升級(jí)為了國(guó)家級(jí)的“戰(zhàn)略物資”。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的先發(fā)布局與政策保護(hù)，美國(guó)在全球氦氣領(lǐng)域構(gòu)筑起顯著的壟斷優(yōu)勢(shì)，一度掌控全球約40%的氦氣資源，產(chǎn)量長(zhǎng)期占據(jù)國(guó)際總產(chǎn)量的70%以上。從提取液化，到儲(chǔ)運(yùn)銷(xiāo)售整個(gè)鏈條，也幾乎被美國(guó)資本主導(dǎo)的少數(shù)氣體巨頭（如林德，法液空，空氣化工）壟斷。

對(duì)于崛起的中國(guó)，美國(guó)早就將氦氣列入對(duì)華關(guān)鍵管制清單，所有貿(mào)易合同須注明“不得軍用”。技術(shù)上，美方禁止對(duì)華出口制造液氦所需的20K以下制冷機(jī)及核心部件，其盟友日，歐盟也同步實(shí)施嚴(yán)格設(shè)備與技術(shù)出口管制，意圖將我國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)置于其可控制之下。

創(chuàng)新與突破

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)高達(dá)95%的氦氣需求均來(lái)自進(jìn)口。這意味著，國(guó)際市場(chǎng)上任何變化波動(dòng)，都可能影響國(guó)內(nèi)眾多高科技產(chǎn)業(yè)的正常運(yùn)行。2021年7月，美國(guó)一座大型氦氣廠(chǎng)因檢修停工數(shù)月；緊接著在2022年初，另一大氦氣出口國(guó)卡塔爾也宣布進(jìn)行工廠(chǎng)維護(hù)。

與此同時(shí)，俄烏沖突的爆發(fā)意外影響了俄羅斯的氦氣供應(yīng)能力。多重因素疊加，導(dǎo)致國(guó)際氦氣供應(yīng)驟然收緊，價(jià)格迅速攀升，國(guó)內(nèi)企業(yè)承受了更大的成本壓力。

在這樣的困境下，我國(guó)必須加快推進(jìn)關(guān)于氦氣自主制備技術(shù)的進(jìn)程。近日，國(guó)內(nèi)終于迎來(lái)令人振奮的進(jìn)展：由萬(wàn)瑞冷電科技獨(dú)立自主研發(fā)的低溫提氦設(shè)備，已在延安某天然氣提氦項(xiàng)目中通過(guò)相關(guān)驗(yàn)收。

這套裝置能從氦含量本就稀少的天然氣原料中，提制出純度達(dá)到99.99997%的氦氣，滿(mǎn)足6N級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，雜質(zhì)總量可控制在百萬(wàn)分之三以?xún)?nèi)。該技術(shù)突破的核心，在于研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)了一套新型“聯(lián)合法”工藝體系。

該工藝首先通過(guò)催化反應(yīng)去除原料氣中的氫氣，隨后借助膜分離與變壓吸附等技術(shù)， 有效脫除氮?dú)?、甲烷等主要雜質(zhì)，最終采用零下240℃的深低溫精制工藝，精準(zhǔn)分離出殘留的、與氦氣性質(zhì)極為相近的氖氣。

這套技術(shù)流程不僅純化效率高，而且能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，每年可提純出約40萬(wàn)立方米的高純氦氣，為我國(guó)工業(yè)和高端產(chǎn)業(yè)發(fā)展打開(kāi)了全新局面。

結(jié)尾

此次我國(guó)在氦氣提取技術(shù)上的突破，意味著我們正在從根本上扭轉(zhuǎn)關(guān)鍵資源依賴(lài)他國(guó)的困境。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體，航天工業(yè)，醫(yī)療裝備等高端產(chǎn)業(yè)提供更穩(wěn)定，更可靠的原料保障，真正為國(guó)家科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展筑牢資源基石。

真正的大國(guó)重器，往往始于這些看不見(jiàn)的細(xì)微突破。氦氣自主之路，正是我國(guó)自主創(chuàng)新歷程中一個(gè)極具象征意義的縮影，也充分展現(xiàn)了我國(guó)科技工作者在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域攻堅(jiān)克難的決心與能力。