前段时间去观测（亚毫米波段），有一天，接收机制冷的液氦耗尽，接收机温度上升了1000倍，无法观测。最近赫歇尔望远镜耗尽了冷却剂——液氦，不得不停止了工作。从果壳网上获知医用核磁共振成像所用超导磁体也要靠液氦冷却（http://www.guokr.com/post/406103/）。

      中学的时候学过液氮的制备，就是将空气液化。原来我一直以为液氦也是从空气中获取的，虽然我知道空气中氦的含量很低。后来逐渐知道，实际中，氦气是从天然气中分离的。天然气中氦气的含量可以高达7%（体积分数，但通常的天然气中氦气的含量只有0.5%）。这是可以理解的，地幔和地壳中有放射性元素，其衰变产生了地热，而通常阿尔法粒子，也就是氦原子，是衰变产物之一。按300K可以计算氦原子的热运动速度大约为25千米每秒，超过地球的逃逸速度，所以大气中的氦原子会慢慢离开地球。在没有掌握从太空获取氦气的技术和可控聚变技术之前，我们大概只能从地下和大气获取氦气，而只有从地下获取氦气是价格较低的。

      按照果壳网的说法，美国在上世纪初建立氦气的战略储备，最初的目的是供飞艇使用。如今飞艇已经很少用于军事用途，所以氦的战略储备就显得不那么重要的。美国联邦政府决定2015年废弃氦气战略储备库，而在此前会廉价卖掉所有氦气，这也是目前氦气价格较低的原因。在此情况下，很多氦气都被用来充气球了。有科学家呼吁静止这样浪费氦气（http://www.guokr.com/post/406103/?replypage=1）。

      那么氦气（液氦）真的没有什么重要性么？我们从两个方面来分析这个问题，一是现代社会需要多少氦气，另一方面是我们能不能提供足够的氦气。

      现代社会需要多少氦气不是我能准确回答的问题，我试图从我知道的方面尝试给出氦气需求量的下限。根据我的经验，一台接收机每天大约需要3升液氦，如果密封做得好，需求量可能更低，所以按1升量级来估计。一台毫米波和/亚毫米波望远镜通常有5台左右接收机，按5台算。目前世界上已建成和准备建设的毫米波/亚毫米望远镜大约有100台，所以为了进行观测，每天所需的液氦大约是500升。液氦密度大约是0.125千克每升，氦气的密度大约是0.178克每升，所以，氦气的密度大约是液氦的千分之一。毫米波/亚毫米波观测每天所需的氦气大约是500立方米。算上其他波段天文观测的需求，按两倍算，每天的氦气需求量为1000立方米。按照天然气中含0.5%氦气算，为获得1000立方米氦气需要开采20万立方米天然气。天然气开采大国俄罗斯平均每天的天然气开采量是20亿立方米。假设从所有这些天然气中提取氦气，所能供给的氦气能满足10000个射电天文这样的领域。但是氦气的使用非常广泛，提供强磁场的超导磁体（高温超导还没有足够好的性能）需要液氦制冷，这些磁体除了用于LHC（大型强子对撞机），还用于医院中的核磁共振仪。按照LHC的规模和核磁共振仪的数量，液氦需求量应该不小于射电天文的需求。我没有确切估计，但是如果认为LHC和核磁共振仪对液氦的需求和射电天文相当，那么以目前的天然气开采量，是可以满足科技对氦气的需求的。但是，和天然气一样，氦气的生成也是需要时间的，所以可以认为氦气是不可再生的，总有一天会像天然气那样开采殆尽。

      说了半天氦气的需求和氦气的开采，有没有绕过这个问题的途径？比如，我们有没有可以代替液氦的制冷剂或制冷方法，我们能不能生产氦气？

      目前，氦可能还是唯一在1K左右不会变为固体的物质，如果我们不能找到其他的1K温度下的流体，那么我们就无法用压缩机在此温度下制冷，也就是说氦无法替代。那么有没有别的制冷方法呢？或许会有，毕竟玻色-爱因斯坦就是通过激光制冷实现的，但是这对于接收机和超导磁体的制冷可能是不实用的。此外，温差电效应也可以用于制冷，只是不知道在1K左右还有没有这样的效应。

      那么我们能不能生产氦气呢？首先，氦是惰性的，所以几乎总是以单质形式存在，也就是说我们无法通过化学方法获得氦气。我们可以通过氢的聚变获得氦，但目前还没有实现可控的核聚变。如果实现了可控核聚变，对于50MW的核聚变反应堆，每天能产生的氦大约是1千克（10立方米）的量级，但是供给射电天文就需要100个核聚变反应堆。所以，那种认为有了核聚变反应堆，氦就会变成垃圾的论调是不可信的。

       鉴于我国正在大力发展科学技术，且我国天然气储量相对不高，在未能发展出新的超低温冷却技术以及太空氦收集技术的情况下，我国应该建立氦气储备，并进行超低温制冷技术的研究（不知道在1K左右有没有温差电效应）。