第一節(jié) 液氦的簡(jiǎn)介
氦單質(zhì)在極低溫度下由氣態(tài)氦轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)氦。由于氦原子間的相互作用（范德華力）和原子質(zhì)量都很小，很難液化，更難凝固。富同位素4He的氣液相變曲線的臨界溫度和臨界壓強(qiáng)分別為5.20K和2.26大氣壓，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的溫度為4.215K.在常壓下，溫度從臨界溫度下降至絕對(duì)零度時(shí)，氦始終保持為液態(tài)，不會(huì)凝固，只有在大于25大氣壓時(shí)才出現(xiàn)固態(tài)。（可行性 研究 報(bào)告）
第二節(jié) 液氦的特點(diǎn)
液氦具有一系列引人注目的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面。
超流動(dòng)性普通液體的粘滯度隨溫度的下降而增高，與此不同，HeⅠ的粘滯度在溫度下降到2.6K左右時(shí)，幾乎與溫度無(wú)關(guān)，其數(shù)值約為3×10-6帕秒，比普通液體的粘滯度小得多。在2.6K以下，HeⅠ的粘滯度隨溫度的降低而迅速下降。HeⅡ的粘滯度在λ點(diǎn)以下的溫度時(shí)立刻降至非常小的值（<10-12帕秒），這種幾乎沒(méi)有粘滯性的特性稱(chēng)為超流動(dòng)性。用粗細(xì)不同的毛細(xì)管做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)流管愈細(xì)，超流動(dòng)性就愈明顯，在直徑小于10-5厘米的流管中，流速與壓強(qiáng)差和流管長(zhǎng)度幾乎無(wú)關(guān)，而僅取決于溫度，流動(dòng)時(shí)不損耗動(dòng)能。
氦膜任何與HeⅡ接觸的器壁上覆蓋一層液膜，液膜中只包含無(wú)粘滯性的超流體成分，稱(chēng)為氦膜。氦膜的存在使液氦能沿器壁向盡可能低的位置移動(dòng)。將空的燒杯部分地浸于HeⅡ中時(shí)，燒杯外的液氦將沿?zé)獗谂郎媳冢⑦M(jìn)入杯內(nèi)，直至杯內(nèi)和杯外液面持平。反之，將盛有液氦的燒杯提出液氦面時(shí)，杯內(nèi)液氦將沿器壁不斷轉(zhuǎn)移到杯外并滴下。液氦的這種轉(zhuǎn)移的速率與液面高度差、路程長(zhǎng)短和障壁高度無(wú)關(guān)。
對(duì)HeⅡ性質(zhì)的理論 研究 首先由F.倫敦作出。4He原子是自旋為整數(shù)的玻色子，倫敦把HeⅡ看成是由玻色子組成的玻色氣體，遵守玻色統(tǒng)計(jì)規(guī)律，玻色統(tǒng)計(jì)允許不同粒子處于同一量子態(tài)中。倫敦證明了存在一個(gè)臨界溫度Tc，當(dāng)溫度低于Tc時(shí)，一些粒子會(huì)同時(shí)處于零點(diǎn)振動(dòng)能狀態(tài)（即基態(tài)），稱(chēng)為凝聚，溫度愈低，凝聚到零點(diǎn)振動(dòng)能狀態(tài)的粒子數(shù)就愈多，在絕對(duì)零度時(shí)，全部粒子都凝聚到零點(diǎn)振動(dòng)能狀態(tài)，以上現(xiàn)象稱(chēng)為玻色-愛(ài)因斯坦凝聚。L.蒂薩認(rèn)為HeⅡ的超流動(dòng)性起因于玻色-愛(ài)因斯坦凝聚。由于已凝聚到基態(tài)的HeⅡ原子具有最低的零點(diǎn)振動(dòng)能，故有極大的平均自由程，能夠幾乎無(wú)阻礙地通過(guò)極細(xì)的毛細(xì)管。蒂薩首先提出二流體型，后來(lái)L.D.朗道修正和補(bǔ)充了此模型。二流體模型認(rèn)為HeⅡ由兩部分獨(dú)立的、可互相滲透的流體組成，一種是處于基態(tài)的凝聚部分，熵等于零，無(wú)粘滯性，是超流體；另一種是處于激發(fā)態(tài)（未凝聚）的正常流體，熵不等于零，有粘滯性。兩種流體的密度之和等于HeⅡ的總密度，溫度降至λ點(diǎn)時(shí)，正常流體開(kāi)始部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槌黧w，溫度愈低，超流體的密度愈大，而正常流體的密度則愈小，在絕對(duì)零度時(shí)，所有原子都處于凝聚狀態(tài)，全部流體均為超流體。利用這個(gè)二流體模型可解釋關(guān)于液氦的許多力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。
第三節(jié) 液氦 行業(yè) 的種類(lèi)
堿土金屬碳酸鹽和堿土金屬的氫氧化物
粉狀的堿土金屬碳酸鹽或氫氧化物以前在噴射混凝土施工中很少應(yīng)用。它們成為這類(lèi)混凝土最常用的液氦，其常規(guī)摻量為水泥重量的2,5%至6%，它們主要是促進(jìn)C3S的水化。一般加入少量的碳酸鋁,可以影響水泥的凝結(jié)時(shí)間。但是，只有當(dāng)大劑量摻入時(shí)，其影響才能被觀察到。這種液氦與水泥的反應(yīng)主要受水泥化學(xué)成分、細(xì)度和礦物添加劑以及環(huán)境溫度的影響。
硅酸堿(水玻璃) 硅酸鈉、硅酸鉀類(lèi)液氦
主要用于濕拌噴射混凝土，它們通常都是液體，而且摻量很大(>10%膠凝材料重量)。可溶性的硅酸鹽由于反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀而加速凝結(jié)。當(dāng)大劑量使用時(shí)，這些促凝劑降低了與基底的粘結(jié)力，最終，導(dǎo)致砼強(qiáng)度的下降和嚴(yán)重的干縮。一些報(bào)道說(shuō)這些問(wèn)題已被列入奧地利混凝土學(xué)會(huì)出版的“噴射混凝土南”中，規(guī)定這種液氦最大摻量不超過(guò)15%，最終的強(qiáng)度損失限制在30%以
鋁酸鈉、鋁酸鉀 鋁酸鹽類(lèi)液氦
既可以用干混,又可以用于濕混噴射混凝土工程，常用劑量一般為2.5%～5.5%。鋁酸鉀比鋁酸鈉液氦有更好的效果，但價(jià)格也更高。它們主要是直接參與硅酸鹽水泥水化而加速水泥的凝結(jié)，與石膏結(jié)合，阻止水泥顆粒表面形成鈣礬石，而使C3A立即反應(yīng)，產(chǎn)生大多數(shù)噴射混凝土所需要的初始強(qiáng)度。它們的作用通常受水泥的化學(xué)成分、細(xì)度以及所含的礦物添加劑的影響，但這種影響比所看到的碳酸鹽類(lèi)外加劑的影響要小。最終強(qiáng)度將損失為20%～25%。毫無(wú)疑問(wèn)，鋁酸鹽液氦在濕混噴射混凝土工程中應(yīng)用效果最好，對(duì)厚的襯板甚至頂板都具有好的施工效果。但是其高堿含量，在地下施工對(duì)健康的危害是限制其應(yīng)用的主要因素。另外，它們?cè)诤蛩岣墓こ毯秃钚约系墓こ虘?yīng)用中都存在問(wèn)題，后者可能發(fā)生堿集料反應(yīng)。
無(wú)堿液體液氦
液體無(wú)堿液氦，有關(guān)其應(yīng)用報(bào)導(dǎo)還十分罕見(jiàn)。這類(lèi)促凝劑可以解決一些堿性液氦常見(jiàn)的問(wèn)題，如,對(duì)地下施工環(huán)境的危害，堿集料反應(yīng)的危害，使用過(guò)程中高PH值的危害以及對(duì)噴射混凝土后期強(qiáng)度的損失等。
第四節(jié) 液氦的發(fā)展歷史
在上世紀(jì)初的幾十年里，世界各國(guó)都在尋找氦氣資源，在當(dāng)時(shí)主要是為了充飛艇。但是到了今天，氦不僅用在飛行上，尖端科學(xué) 研究 ，現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)，都離不開(kāi)氦，而且用的常常是液態(tài)的氦，而不是氣態(tài)的氦。液態(tài)氦把人們引到一個(gè)新的領(lǐng)域——低溫世界。
在液態(tài)空氣的溫度下，氦和氖仍然是氣體；在液態(tài)氫的溫度下，氖變成了固體，可是氦仍然是氣體。
要冷到什么程度，氦才會(huì)變成液體呢？
英國(guó)物理學(xué)家杜瓦在1898年首先得到了液態(tài)氫。就在同一年，荷蘭的物理學(xué)家卡美林·奧涅斯也得到了液態(tài)氫。液態(tài)氫的沸點(diǎn)是零下253℃，在這樣低的溫度下，其他各種氣體不僅變成液體，而且都變成了固體。只有氦是最后一個(gè)不肯變成液體的氣體?？懒?middot;奧涅斯決心把氦氣也變成液體。
1908年7月，卡美林·奧涅斯成功了，氦氣變成了液體。他第一次得到了320立方厘米的液態(tài)氦。
要得到液態(tài)氫，必須先把氫氣壓縮并且冷卻到液態(tài)空氣的溫度，然后讓它膨脹，使溫度進(jìn)一步下降，氫氣就變成了液體。
液態(tài)氦是透明的容易流動(dòng)的液體，就像打開(kāi)了瓶塞的汽水一樣，不斷飛濺著小氣泡。
液態(tài)氦是一種與眾不同的液體，它在零下269℃就沸騰了。在這樣低的溫度下，氫也變成了固體，千萬(wàn)不要使液態(tài)氦和空氣接觸，因?yàn)榭諝鈺?huì)立刻在液態(tài)氦的表面上凍結(jié)成一層堅(jiān)硬的蓋子。
多少年來(lái)，全世界只有荷蘭卡美林·奧涅斯的實(shí)驗(yàn)室能制造液態(tài)氦。直到1934年，在英國(guó)盧瑟福那里學(xué)習(xí)的前蘇聯(lián)科學(xué)家卡比查發(fā)明了新型的液氦機(jī)，每小時(shí)可以制造4升液態(tài)氦。以后，液態(tài)氦才在各國(guó)的實(shí)驗(yàn)室中得到廣泛的 研究 和應(yīng)用。
在今天，液態(tài)氦在現(xiàn)代技術(shù)上得到了重要的應(yīng)用。例如要接收宇宙飛船發(fā)來(lái)的傳真照片或接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的電視信號(hào)，就必須用液態(tài)氦。接收天線末端的參量放大器要保持在液氦的低溫下，否則就不能收到圖像。
物理學(xué)家不僅僅得到了液態(tài)氦，還得到了固態(tài)氦，他們正在向絕對(duì)零度進(jìn)軍（物理學(xué)把零下273.15℃叫做絕對(duì)零度。這個(gè)溫度標(biāo)叫做絕對(duì)溫標(biāo)，用K表示。0K就是-273.15℃，而273.15K就是0℃）。從理論上講，絕對(duì)零度是達(dá)不到的，但是可以不斷接近它。液態(tài)氫的沸點(diǎn)是絕對(duì)溫標(biāo)20.2K，液態(tài)氦的沸點(diǎn)是絕對(duì)溫標(biāo)4.2K。在絕對(duì)溫標(biāo)2.18K的時(shí)候，氦Ⅰ變?yōu)楹あ颉?935年，利用“絕熱去磁”法，使液態(tài)氦冷到絕對(duì)溫標(biāo)0.0034K；1957年，達(dá)到絕對(duì)溫標(biāo)0.00002K；目前已達(dá)到2.4×10-11K了。
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