氦气低温应用的 4 种方式   氦气其特性使其可用于许多不同的用途，从冷却到为飞艇提供升力。通过了解其低温原理的基础知识，我们可以了解这种气体的工作原理及其各种用途。   低温科学的各个方面出现在 19 世纪早期法拉第和焦耳的实验中。低温学涉及使材料经受极低的温度，通常低于 -150 °C。液氮或液氦等低温液体的使用使我们能够安全地达到极端温度，而不必担心与高温过程相关的火灾隐患。在涉及寒冷环境的任何项目中，这些物质都发挥着不可或缺的作用。   氦气具有多种可用于低温过程的特性。它的沸点低于大多数其他元素，使其适合快速有效地达到非常低的温度。由于其无毒特性，该过程也保持安全。难怪如此多的行业更加依赖氦的低温原理和应用。   什么是低温技术？   低温学研究材料在极低温度下的生产和行为。氦气等低温液体的温度范围介于 -271.15°C 至 -196°C 之间。低温应用利用了在这些低温环境中增加强度、改善导电性和增强隔热等特性。 低温技术背后的原理涉及控制冷却速率。这是通过利用沸点和蒸发速率来实现所需的温度范围来完成的。在某些情况下，这涉及使用机械制冷剂甚至液氮将材料迅速冷却至零度以下。通过操纵环境，材料可以冷却到室温以下，而不会将其物理状态从固态变为液态。   然而，并非所有材料在暴露于极端寒冷条件下时都会做出同样的反应。例如，无论冷却多远，氦气仍然是气体，而水在 0°C 时会变成冰。了解每种材料在不同温度下的独特特性有助于科学家确定哪些物质最适合特定的低温应用。   氦的性质   氦是一种具有两种天然同位素的元素，即氦3和氦4。氦4是这两种同位素中最丰富的，约占地球上所有天然氦原子的99.9%。它具有许多独特的特性，使其在低温应用中具有无可估量的价值。   当冷却到接近绝对零（-273°C）的温度时，液氦会表现出超流动性，即其粘度降至零的状态，并且可以无任何阻力地流动。这种特性使浸入液氦中的小物体有可能比在正常重力条件下移动得更快，从而使它们可用于科学研究目的。   此外，低冷凝温度使氦气成为某些工业过程（例如低温学和半导体制造）中减压的理想选择。 氦气的其他主要特性包括： -269℃的极低沸点； 导热系数随着压力的增加而增加，最高可达大气压力下空气导热系数的十倍； 当压缩成液态时，其密度增加近 200 倍； 低冷凝温度和高导热性的结合使其成为可用于将制冷系统冷却至接近绝对零温度的最佳材料之一。   氦气在许多行业和领域发挥着重要作用，包括航空航天、核能发电、医学成像和电子产品生产。了解不同元素在极端温度和压力下的行为方式有助于科学家更好地理解支配我们宇宙的基本物理定律。这使我们更接近解开有关物质本身性质的秘密。   低温应用的温度范围   低温是通过使用氦气作为冷却剂来实现的。为了保持这些极低的温度，低温系统必须密封并与外部热源隔离。这使它们能够保持稳定的温度，同时仍允许不同组件之间的能量交换。在某些情况下，例如在医疗应用中，液氮或其他低温气体也可用于实现比单独使用氦气可实现的温度更低的温度。   在执行某些需要极端温度控制的程序或实验时，这些超低温有助于提高精度和准确性。此外，它们还允许研究人员研究仅存在于狭窄温度或压力范围内的现象。   氦气冷却系统的使用使许多独特的应用成为可能。例如，粒子加速器等高精度仪器依赖于在绝对零附近运行的冷却剂系统才能正常和安全地运行。同样，各种类型的储存容器依靠类似的技术来长期保存其内容物而不会降解或污染。   如果没有可靠的低温学，今天许多重要的技术根本不会存在。   极低的温度如何影响材料？   在极低温下，材料会受到各种物理影响。   从抗热震性和温度引起的断裂到低温应力，这些材料必须经过精确设计才能承受此类条件。 在设计用于低温的任何设备或结构时，抗热震性是一个重要因素。为了使设备或结构不因温度突然变化而损坏，必须使用特殊的绝缘材料。低温绝缘有助于保护设备内部部件免受环境温度快速变化的影响。如果处理不当，随着时间的推移，这可能会导致开裂和其他形式的破坏。   低温引起的另一种影响是温度诱导断裂 (TIF)。当某些类型的金属在低温下变脆并且在应变或压力下更容易破裂时，就会发生 TIF。   脆性程度取决于所使用的金属类型。因此，设计师和工程师在为零度以下温度的项目选择合适的材料时一定要多加注意。   由于长时间暴露在极低的温度下，可能会发生低温应力。Cryostress 是由机械力和极冷环境共同引起的。   如果在设计阶段没有采取适当的预防措施，这会增加结构失效的可能性。例如，某些合金可能需要在角落和边缘周围进行额外的加固，因为在这些地方可能会比物体本身的其他地方集中更多的应变。   氦气冷却：工业用途 氦气冷却已在各种工业应用中实施，以提高效率和安全性。   它广泛用于低温工业，因为它既可以快速冷却物体，又可以使物体长时间保持在超低温下。工业氦气冷却系统通常采用允许用户轻松精确调整温度设置的技术。这使其成为工业低温存储等大规模过程的理想选择。在储存过程中，必须长时间保持温度的均匀性。   与传统方法相比，工业氦气冷却还使制造商能够通过降低能耗来降低运营成本。   许多公司都采用了这项技术。它能够最大限度地减少制造过程中的热量产生，并减少其对环境的整体影响。此外，当与超导体等其他材料或技术结合使用时，氦气冷却可以提供更大的性能优势。   航天器和卫星中的低温技术   低温技术已被用于航天器和卫星以实现高效运行。   低温技术用于太空应用，因为它们允许在较低温度下储存推进剂并降低其蒸气压。低温燃料还提供比化学燃料更高的比冲，从而延长任务持续时间。低温推进剂罐重量轻，热膨胀系数低。这使他们能够在船上储存更多的燃料。   采用低温技术的航天器有一个绝缘内罐，内含液态氢或液态氧，温度保持在 -253°C 至 -183°C 之间。为保持此温度，在容器壁周围安装多层绝缘 (MLI) 毯等绝缘层。这可以防止热量从外部环境散失到其中。这些系统可以使用散热器或焦耳-汤姆逊冷却器等主动冷却机制来进一步控制其温度。   由于与其他类型的燃料源相比具有高功率密度，卫星在运行期间广泛使用低温技术。为了让它们在整个任务期间保持功能，卫星需要持续供电，这由太阳能电池板或放射性同位素热电发电机 (RTG) 提供。RTG 需要储存在高度绝缘容器内的液态氢来产生电能。因此，卫星运营商必须严重依赖低温技术来确保长时间不间断的性能。   近年来，在提高低温技术在航天器和卫星中的使用效率方面取得了进展。有了这些进步，我们很可能会看到通过增加实现更高水平的效率提升。   氦气冷却：医疗用途   氦气在医疗领域有多种应用，因为它的冷却特性使其非常适合在低温操作中使用。   这使得氦气成为治疗需要极端温度或受控环境的疾病和病症的宝贵资源。冷冻疗法在希望通过暴露于极冷温度下减少炎症和增加柔韧性来改善身体机能的个人中越来越受欢迎。该过程通常涉及使用液氮或氦氧混合气（氧气和氦气）罐，罐内充满 -156°C 的加压氧气和氦气。   使用冰点温度还有助于医生治疗各种医疗问题，包括与癌症相关的肿瘤、良性生长和牙周病。 通过将受影响的区域暴露在超低温下，医生能够安全地去除异常细胞，而不会对健康的周围组织造成损害。该技术还用于美容行业，用于紧致皮肤、减少脂肪和面部轮廓等程序。   这些治疗有许多优点。这些包括微创、更快的恢复时间和比传统手术方法更少的副作用。 此外，它们可以在门诊病人的基础上进行，与传统手术相比，它们具有成本效益。所有这些好处使得酷疗法（例如使用氦气的疗法）成为患者越来越理想的选择。   超导研究中的低温学   低温学在超导研究中起着重要作用。低温技术的使用允许在极低温度下研究和分析材料。这一点很重要，因为已经发现某些材料在冷却到远低于室温的极低温度时会变得超导。一些金属被发现只有在暴露于低温条件下时才会表现出超导特性。   通过在如此低的温度下研究这些材料，研究人员可以更精确地分析它们的行为。低温研究还可以深入了解某些物质的物理特性如何随着温度降低而变化。   低温应用有哪些优势？   低温应用能够为需要它的组件或系统提供高效冷却。   通过使用基于氦的低温冷却，研究人员能够快速冷却零件。这使它们更容易研究或操作，而无需等待数小时或数天让它们的温度自然下降。通过适当的绝缘技术，这些冷却的物体可以无限期地保持在所需的温度水平。这使它们成为需要长时间保持一致条件的实验的理想选择。 与其他类型的冷却方法相比，低温应用的另一个好处在于它们的成本效益。通过依靠液氦而不是电力或空调装置，公司可以在能源成本上节省大量资金，同时仍保持对温度水平的有效控制程度。   氦气在针对特定温度时提供比替代方法更高的准确性，因为它在准确再现所需温度方面比氮气或氩气等其他气体更可靠。   不同类型的低温系统   低温系统用于各种应用，从超导磁体到低温制冷。最常见的低温系统类型包括低温蒸馏、低温泵和低温容器。   低温蒸馏是通过蒸发分离沸点不同的组分的过程。这种类型的系统在分离其成分之前使用极冷的温度来降低被蒸馏物质的压力。   低温泵在低温下移动流体，同时通过减少由于较低流体密度引起的气蚀和蒸发损失来保持高效率水平。   低温容器专为储存大量极冷材料（如液氮或氦气）而设计。这些罐通常是隔热层，可提供最大程度的热保护，防止热量传入或传出容器内容物。   低温储存会带来挑战吗？   在极低温度下长期储存的挑战是复杂的。   在极端条件下储存材料时，必须遵守安全规程。这包括发热、压力水平和密封系统等因素。 在应对这些具有挑战性的环境时，确定合适的存储材料至关重要。由于在低温下具有耐腐蚀性，因此经常使用由不锈钢或铝制成的基板。   为了促进高效的长期存储过程，应考虑多种工程原理。这些包括绝缘技术和热循环机制，它们可以最大限度地减少整个系统的温度梯度，同时允许组件之间进行充分的热交换。应采用适当的设计技术来防止任何元件直接暴露于低温液体或气体。这有助于降低与维护和维修工作相关的成本。   使用低温气体：安全问题   在低温下使用氦气需要勤奋并了解安全预防措施。不遵守适当的协议可能会导致严重的后果。 他们包括： 处理低温液体或气体时穿合适的衣服； 熟悉所用任何化学品的相关安全数据表； 使用专为低温工作设计的设备。   使用低温材料时，还必须特别注意通风要求。如果没有适当的通风系统，危险浓度的气体会迅速在封闭空间内积聚。在使用大量低温的区域附近必须维护良好的排气系统。定期维护应包括检查所有暴露在可燃环境中的连接处是否有泄漏。   此外，在安装和操作装有制冷剂的压力容器时必须始终小心。只有根据适用的规范和标准（例如 ASME（美国机械工程师协会）发布的规范和标准）建造，才能确保压力容器的完整性。 涉及这些容器操作的所有人员都应定期接受有关安全操作程序和与之相关的潜在危险的培训。   低温系统：环境效益和危害   低温系统具有广泛的环境效益，包括在许多领域提高效率和降低能源消耗。   低温应用已被用于减小组件的尺寸和重量，同时允许它们保持其性能。冷却可以有效地应用于低温应用，例如需要低于 -60°C 的温度的超导或液化过程。通过使用低温应用，可以用更少的资源实现更高效的生产条件。   也有与低温系统相关的潜在危险。   如果在涉及危险材料的操作过程中未遵循适当的安全预防措施，则低温学涉及的极端温度会带来风险。例如，液氮极冷，与皮肤接触会导致冻伤或其他伤害。   此外，在非常低的温度下，氧气会变得足够丰富，在某些条件下会产生爆炸性气氛。因此，必须仔细监测和维护低温系统，以确保安全运行并最大程度地减少对环境的影响。   用于低温学的氦气：未来趋势   氦气是低温应用的基本元素，已用于从食品包装到医学研究的各种行业。与氦低温技术相关的供应链在过去十年中稳步增长。研究人员正在探索使用超低温安全储存组织样本和器官同时保持其完整性的方法。这可能会彻底改变移植的执行方式，并为使用储存的细胞和组织进行治疗开辟新的可能性。   氦的低温能力的其他工业用途包括改进药品或半导体的生产工艺。有了这项技术，公司可以通过减少制造过程中因热量引起的氧化来更快、更便宜地生产更高质量的产品。一些先进材料需要精确的冷却水平，而这仅存在于可通过氦基低温系统实现的极端温度下；由于全球消费者的需求不断增加，这些材料可能很快就会变得司空见惯。  

North American Helium 成功地将第六个氦气设施投入生产 公司还签署了新的销售合同，为其钻井项目增加了另一台钻机，并宣布了 CFO 职位的过渡计划   艾伯塔省卡尔加里--( BUSINESS WIRE )--(美国商业资讯)--North American Helium Inc.（“ NAH ”或“公司”）今天宣布了其业务持续增长的多项更新。这些更新突出了 NAH 在建立和发展其重要土地地位时的持续运营执行和财务业绩。   新生产设施上线   2023 年 4 月，NAH 在萨斯喀彻温省曼科塔附近完成了第六个氦气净化设施的建设并成功投产。新工厂毗邻公司目前在 Mankota 的工厂，使该地区的总生产能力翻了一番，达到每年超过 5000 万立方英尺。   签署新的多年期氦气销售合同   NAH最近完成了两个新的多年期销售合同，并成功地重新谈判了几个当前合同的价格重新开始，价格更能反映当前市场。为了帮助客户在当前全球氦气短缺的情况下满足关键业务需求，NAH 继续为现货市场保留未签约的高纯度气体或液体氦气量。由于今年主要氦气设施宣布维护中断，预计短期内氦气供应短缺将恶化，公司将继续努力确保关键终端用户的供应。   扩大勘探与开发钻探计划   公司今天还宣布，它最近签订了第二个钻井平台合同，以加速其业务增长。扩大的 2023 年钻探计划是勘探和开发目标的组合，涵盖其广阔土地上的一系列既定、新兴和概念验证地质目标。   总裁兼首席运营官马龙·麦克杜格尔 (Marlon McDougall) 在评论公司的持续运营成功时表示：“在过去五个月的时间里，在萨斯喀彻温省西南部的不同地区引进了三个新的氦气净化设施，这是一项了不起的成就。同样重要的是，我们在现场实现了零损失时间事件。我们员工和承包商的安全仍然是 NAH 的首要任务。公司现在有六个在线氦气生产设施，我要感谢我们的现场建设和运营团队实现了这一里程碑。”   McDougall 先生继续说道：“包括这个最新设施的产量，目前的氦气产量每年超过 1.3 亿立方英尺，约占北美氦气总供应量的 5%。这不包括我们计划在今年第四季度上线的另一家工厂。随着第二台钻井平台加入我们的钻探计划，我们预计今年将钻探约 30 口井，以支持 2024 年的额外增长。”   关于北美氦气公司   North American Helium (NAH) 成立于 2013 年，是专注于从地下惰性氮气田勘探和生产氦气的领先公司。该公司的使命是增加其可靠且在地缘政治上安全的非碳氢化合物氦气供应，以取代北美不断减少的氦气供应，这些氦气目前来自遗留碳氢化合物项目和冷战时期库存减少的销售（土地管理局）设施在美国）。NAH 目前生产约 5% 的北美氦气供应，并在当前全球氦气短缺的情况下积极推进新项目。   公司目前在加拿大萨斯喀彻温省西南部超过 900 万英亩的连续土地上拥有 6 个生产设施，包括加拿大最大的设施（Battle Creek），以长期合同向全球一些最大的工业气体公司销售气态和液态氦公司。迄今为止，NAH 在萨斯喀彻温省发现了 8 个新的氦气田，还在犹他州、亚利桑那州和蒙大拿州拥有勘探资产。2023 年的计划包括使一个额外的生产设施上线，并运行一个连续勘探计划，其中有 2 个钻井平台，目标是总共 30 口井。该公司正致力于快速提高产量，以满足半导体制造、太空探索以及小型模块化反应堆 (SMR) 和核聚变等新兴应用对氦气不断增长的需求。

重水有助于追踪生物体内脂肪和 DNA 的新陈代谢   生物物理学家基于使用重水分子，开发了一种可视化动物组织细胞新陈代谢的新方法。有了它，您可以监测蛋白质、脂肪和 DNA 的合成和代谢。科学家在 《自然通讯》杂志上写道，这种方法可用于研究各种动物生物体发育过程中聚合物的生物合成，维持其重要活动或癌性肿瘤的发展过程。   通常，为了追踪发生了什么，细胞内各种物质在其生命过程中发生了什么反应，科学家们使用磁共振方法、正电子断层扫描、荧光显微镜或显微放射自显影。然而，这些方法要么没有足够的空间分辨率，要么涉及使用细胞毒性同位素或荧光标记，这不仅对单个细胞和组织的生命造成危险，而且还会直接导致所研究过程发生变化。   以哥伦比亚大学魏敏为首的生物物理学家提出，利用重水作为造影剂，研究各种动物活细胞的代谢过程。将重水引入组织会导致在细胞中合成的那些化合物（特别是蛋白质、脂肪和核酸）中的部分碳氢键被碳氘键取代，其浓度可以通过使用光谱法改变化学键的振动频率来监测。作为这项研究的一部分，科学家们提议使用受激拉曼散射技术进行分析。这个方法已经用过了以可视化癌细胞中的 DNA 分子和蛋白质，但在此之前，只能以这种方式研究物质在相对较短的时间内并且仅在某些类型的细胞中的分布。   通过使用重水，研究人员能够更准确地研究代谢过程，无论组织类型如何。氘从重水转变为单个氨基酸或脂肪酸，然后转变为蛋白质、脂肪或核酸分子的顺序，使得获得有关某些物质的合成速率及其在空间中运动的信息成为可能。   科学家们注意到，要将重水引入小型动物（例如老鼠）的体内，使用富含氘的水作为饮用水就足够了。每天消耗 60-70 毫升重水导致大约 2-5% 的身体水分被氘取代，这足以提高该方法的灵敏度，同时不会以任何方式影响动物健康（据研究，即使动物体内有五分之一的水分，用重水分代替，也不会引起任何症状）。   该工作的作者指出，使用所提出的方法，可以同时独立地监测不同类型化合物的代谢。这种选择性的出现是因为对于每种物质，键的振动都发生在它们自己的波长上，而碳氢键振动的数据也可以用作辅助数据。   科学家们已经证明了所提出的技术对小鼠各种器官（特别是肠、肝、大脑皮层、胰腺和肌肉）细胞的有效性。作为一个说明性的例子，该作品的作者展示了蛋白质和脂肪是如何合成的，以及蛋白质和 DNA 分子在细胞分裂过程中是如何重新分布的。   该作品的作者使用相同的方法可视化发生在其他动物细胞中的代谢过程，特别是线虫秀丽隐杆线虫和斑马鱼 ( Danio rerio )。与此同时，科学家们指出，所提出的显微方法不仅可以用于静力学，还可以用于研究移动动物中相当快的过程。   此外，使用重水的受激拉曼散射也可用于研究较长时间段内的代谢过程——特别是，作者能够追踪成年线虫体内蛋白质和脂肪的浓度是如何重新分布的在生殖细胞发育过程中持续 8 天。特别是，科学家们能够观察到在卵母细胞中逐渐积累的化合物的活性合成，并评估减慢脂肪生成速度的变化。 据该研究的作者称，他们在未来开发的方法可能有望更详细地研究生物体不同发育阶段的代谢过程——特别是，以前使用的大多数方法都不允许分离来自蛋白质和脂肪的信号，这极大地限制了它们的能力。此外，这种方法可能有用，例如，对于癌性肿瘤的研究。   近年来，科学家们不断改进研究活细胞动力学及其内部化学反应的显微方法。这不仅适用于基于超高分辨率光学显微镜的方法，它允许跟踪蛋白质的运动并 以高达每秒 200 帧的速度获取视频，而且还适用于不太传统的方法，例如原子力显微镜。

半导体材料供应商计划投资 3 亿美元扩建宾夕法尼亚工厂   技术材料供应商 EMD Electronics 正在对其位于宾夕法尼亚州 Hometown 的制造基地进行 3 亿美元的扩建，以生产用于半导体生产的气体。   EMD 发言人说，EMD 是德国公司 Merck KGaA 的北美电子子公司，已为该项目选择了 HT Lyons、ON-Board Engineering 和 IMC Construction。他们预计该项目将支持大约 120 个建筑工作岗位。   位于 EMD 占地 375 英亩的宾夕法尼亚东部工厂的 45,000 平方英尺设施将用于生产六氟化钨，这是一种在半导体制造过程中用于涂敷金属涂层的气体。EMD 声称 Hometown 项目将创建世界上最大的综合特种气体设施。预计工作将于明年初完成。   在与宾夕法尼亚州官员就激励投资和创造就业目标达成协议后，EMD 于 4 月 12 日宣布了该项目的计划。州长Josh Shapiro的办公室表示，该州的社区和经济发展部提供了总额超过 110万美元的 EMD 赠款。夏皮罗在一份声明中表示，宾夕法尼亚州“将成为半导体行业的领导者”。   该项目出台之际，拜登政府正在努力提高国内半导体产量，包括英特尔、台积电、德州仪器等在内的制造商已开始在美国新建被称为“晶圆厂”的半导体工厂，默克公司高管成员凯贝克曼其电子业务的董事会兼首席执行官在一份声明中表示，“从长远来看，对半导体材料的需求仍然非常有前景。”   “拥有关键电子元件的国内生产能力已成为许多经济体的当务之急，”贝克曼说。“作为现代电子产品的大脑，半导体使技术成为经济增长和全球竞争力的关键。”拜登政府指出，在该行业数十年向亚洲转移以及冠状病毒封锁期间供应链问题造成短缺之后，寻求将半导体制造业重新转移到海外的经济和国家安全原因。为了激励制造商增加在美国的生产，立法者在去年的《芯片与科学法案》中拨款390 亿美元用于支持工厂建设。   EMD 在宾夕法尼亚州的扩张是 35 亿美元的一部分，该公司表示计划到 2025 年投资于“创新和产能扩张项目”。EMD 表示还计划投资亚利桑那州、加利福尼亚州和德克萨斯州的项目。  

乌克兰氖气制造商将生产转移到韩国   据韩国新闻门户网站 SE Daily 和其他韩国媒体报道，总部位于敖德萨的 Cryoin Engineering 已成为 Cryoin Korea 公司的创始人之一，该公司将生产惰性气体和稀有气体，并参考了 JI Tech公司——该合资企业的第二个合伙人。JI Tech 拥有该企业 51% 的股份。   JI Tech 首席执行官 Ham Seokheon 表示：“该合资企业的成立将使 JI Tech 有机会实现半导体加工所需特殊气体的本地化生产，并拓展新业务。”超纯氖主要用于光刻设备使用的激光器，这是微芯片制造过程的重要组成部分。   这家新公司是在乌克兰 SBU 安全部门指控 Cryoin Engineering 与俄罗斯军事工业合作的第二天成立的——即为坦克激光瞄准器和高精度武器供应氖气。   NV Business 解释了谁是该企业的幕后黑手，以及为什么韩国人需要自己生产氖气。   JI Tech 是一家韩国半导体行业原材料制造商。去年11月，该公司股票在韩国证券交易所KOSDAQ指数上市。3 月，JI Tech 股票的价格从 12,000 韩元（9.05 美元）上涨至 20,000 韩元（15,08 美元）。技工债券成交量也有明显增长，可能与新合资企业有关。   新设施的建设由 Cryoin Engineering 和 JI Tech 计划，预计将于今年开始，并将持续到 2024 年年中。Cryoin Korea 将在韩国拥有一个生产基地，能够生产半导体工艺中使用的所有类型的稀有气体：氙气、氖气和氪气。JI Tech 计划通过“在两家公司之间的合同中进行技术转让交易”来提供一种特殊的天然气生产技术。   据韩国媒体报道，俄乌战争推动了这家合资企业的成立，这减少了韩国半导体制造商（主要是三星电子和 SK 海力士）的超纯气体供应。值得注意的是，在 2023 年初，韩国媒体报道称另一家韩国公司 Daeheung CCU 将加入这家合资企业。该公司是石化公司 Daeheung Industrial Co. 的子公司。2022 年 2 月，Daeheung CCU 宣布在新万金工业区建立二氧化碳生产厂。二氧化碳是超纯惰性气体生产技术中的重要组成部分。去年 11 月，JI Tech 成为大兴 CCU 的投资者。   如果 JI Tech 的计划成功，那么这家韩国公司可能会成为半导体制造原材料的综合供应商。 事实证明，直到 2022 年 2 月，乌克兰一直是世界上最大的超纯惰性气体供应商之一，三个主要制造商主导着市场：UMG Investments、Ingaz 和 Cryoin Engineering。UMG是寡头Rinat Akhmetov的SCM集团的一部分，主要从事基于Metinvest集团冶金企业产能的混合气生产。这些气体的净化由 UMG 合作伙伴处理。   与此同时，Ingaz 位于被占领土内，其设备状况不明。马里乌波尔工厂的所有者能够部分恢复乌克兰另一个地区的部分生产。根据NV Business 2022年的一项调查结果，Cryoin Engineering的创始人是俄罗斯科学家维塔利邦达连科。多年来，他一直拥有 Odesa 工厂的个人所有权，直到所有权转移到他的女儿 Larisa 手中。在 Larisa 任职后，该公司被塞浦路斯公司 SG Special Gases Trading, ltd. 收购。Cryoin Engineering 在俄罗斯全面入侵开始时停止运营，但后来又恢复了工作。   3 月 23 日，SBU 报告称正在搜查 Cryoin 敖德萨工厂的场地。根据 SBU 的说法，它的实际所有者是俄罗斯公民，他们“正式将资产转售给一家塞浦路斯公司，并聘请了一名乌克兰管理人员进行监督。”   该领域只有一家乌克兰制造商符合此描述 - Cryoin Engineering。   NV Business 向 Cryoin Engineering 和该公司的高级经理 Larisa Bondarenko 发送了关于韩国合资企业的请求。但是，NV Business 在发布之前没有收到回复。NV Business 发现，2022 年，土耳其成为混合气体和纯稀有气体贸易的主要参与者。根据土耳其进出口统计数据，NV Business 能够拼凑出俄罗斯混合气是通过从土耳其转运到乌克兰的。当时，LarisaBondarenko 拒绝评论这家总部位于敖德萨的企业的活动，尽管 Ingaz 的所有者 Serhii Vaksman 否认俄罗斯原材料被用于天然气生产。   与此同时，俄罗斯制定了一项发展超纯稀有气体生产和出口的计划——该计划由俄罗斯总统普京直接控制。

全球氦气短缺如何影响医疗设备行业，以及克服这一重要全球问题必须采取的步骤   近年来，氦气的持续短缺影响了广泛的行业。受氦气短缺影响特别大的行业之一是医疗设备行业，因为这种资源在其运营和发展中起着至关重要的作用。本文将探讨当前的氦气短缺如何影响该行业，以及它对制造商和消费者可能产生的影响。   氦气对于现代生活的许多方面都是必不可少的，从派对气球到磁共振成像 (MRI) 机器。特别是，它在医疗器械行业发挥着重要作用，为外科手术中使用的激光提供冷却剂，或被整合到用于诊断或监测患者状况的其他类型的设备中。因此，任何供应中断都可能导致延误，并导致与生产这些产品相关的成本增加。   由于医疗设备行业需要可靠地获取高质量且具有成本效益的氦气资源，因此当前的氦气状况对行业产生了严峻的挑战。为了更好地了解这个问题，我们必须首先了解氦气稀缺的原因及其对生产过程的影响。通过进一步分析，可能会确定潜在的解决方案，这些解决方案可以减轻由于持续的氦气短缺而给医疗设备领域的公司带来的负担。   什么是氦气？   氦气是一种不可再生资源，对许多医疗设备来说都是必不可少的。它用于创造低温环境并保持某些电子元件的稳定性，特别是在 MRI 机器和其他成像技术中。然而，持续的氦气短缺对医疗器械行业产生了不利影响。   一方面，我们星球上自然产生的氦气来源有限；它主要存在于地表以下的天然气矿床中。另一方面，近几十年来，由于其众多的工业应用，已经从这些储量中提取了大量的氦气。这种提取过程导致供需失衡，导致价格飙升，而可用性急剧下降。   需要重大的技术进步来减少我们对这种有限资源的依赖，或者找到替代解决方案来取代它在医疗设备中的使用，同时又不影响安全或功效标准。然而，在这些创新成为现实之前，任何供应中断都可能对制造商和医疗机构等构成严峻挑战。   是什么导致了氦气短缺   为了更好地理解为什么存在这种短缺，重要的是要检查其原因。首先，氦气短缺的主要原因之一归因于COVID-19大流行限制措施导致的全球减产。许多国家/地区限制了工业活动，导致经济活动减少，全球生产或销售的商品减少。结果，生产氦气的公司无法满足这一时期的需求，因为可供他们使用的原材料要少得多。此外，由于与COVID-19措施相关的销售减少和劳动力减少造成的财务损失，一些生产商完全关闭了运营。   其次，氦气短缺的另一个主要原因与全球政治和地缘政治事件有关。例如，美国对俄罗斯天然气工业股份公司 (Gazprom) 天然气公司的制裁严重限制了来自西伯利亚的供应——世界上大部分天然气储量都位于此——从而造成供应进一步中断。此外，卡塔尔等某些中东国家近年来一直在经历政治动荡，阻碍了它们出口大量液化天然气（LNG）的能力，这些液化天然气用于在全球范围内供应液氦。   最后，现有资源的枯竭也极大地加剧了当今市场目前的稀缺水平。不仅发现了一些新资源，而且由于缺乏技术进步或其他因素，已经存在的资源正在逐渐枯竭或安全有效地获取变得更加困难/昂贵。所有这些问题加在一起造成了供需失衡，推动许多基本产品的价格比以往任何时候都高，例如需要液氦冷却系统的核磁共振成像。   对医疗器械行业的影响   如果无法获得足够数量的这种稀有气体，制造商就无法为医院和医疗保健专业人员生产高质量的产品。由于持续的大流行导致需求增加，供应变得越来越有限。这种可用性的缺乏导致成本上升以及生产和交货时间的延迟。由于无法获得负担得起且可靠的氦气来源，公司很难在满足客户需求的同时保持利润。这些问题可能会阻碍患者的诊断和治疗，导致更差的结果和更高的死亡率。   为了应对这些挑战，各国政府必须优先投资新的氦气供应来源，例如地热提取或空气分离厂，以确保医疗设备行业有足够的可用性。此外，还应进一步研究可以在某些应用中替代氦气的替代材料，从而为制造商在采购组件时提供更多选择。   为了缓解这些问题，许多医疗设备公司已将重点转向可替代某些应用中的氦气的替代气体，例如氮气或氩气。虽然这不能完全抵消与价格上涨和组件延迟相关的损失，但它提供了一个短期解决方案，直到新的氦气来源可用或现有储量增加到足以再次满足需求水平为止。现在采取积极措施有助于确保我们的医疗保健系统和依赖它们的人有一个安全的未来。   氦气涨价   氦气短缺导致价格飙升。医疗器械行业也未能幸免于这些价格上涨；由于不断变化的可用性和成本，他们不得不调整采购策略。许多制造商正在尽可能多地储备氦气，同时努力管理预算限制并寻找替代来源。然而，尽管尽了最大努力，许多公司仍难以以合理的价格获得足够数量的氦气。这种有限的访问权限和不断增加的成本导致参与生产过程的人员遭受重大经济损失。   因此，企业寻求其他选择，例如不需要使用氦气但可能无法产生最佳性能结果的低温或空气冷却系统。鉴于当前的市场状况，公司在决定是否从涉及氦气使用的传统方法转换时必须权衡潜在的利益与风险。最终，决策应基于最适合个体企业的方式，以在不产生过多费用的情况下实现预期结果。   氦气的替代品   由于持续的氦气短缺继续导致这种基本元素的价格上涨，医疗设备制造商被迫寻找替代解决方案。虽然其他元素可用于许多需要加压的应用，但它们通常有缺点或无法提供与使用氦气时达到的相同水平的性能。因此，了解这些替代方案及其各自的优缺点将有助于医疗器械公司就如何最好地管理当前的短缺做出明智的决定。   替代氦气的一种流行选择是氮气。然而，在大多数情况下，它无法提供与氦气相同的热稳定性或流速。此外，氮气更昂贵，并且由于其在高压下的毒性水平而需要特定的处理程序。在不需要热稳定性但需要精确控制压力的某些情况下（例如低温冷却系统），氮气可能适合使用而不是氦气。   医疗设备制造商应对氦气短缺的另一种可能解决方案是氩气。尽管它比氮气具有更高的热稳定性，但它的热效率水平不如氦气。此外，虽然氩气与氮气相比成本更低，安全等级更高，因为它即使在高压条件下也是无毒的，但其应用范围仍然有限，因此在某些领域它根本无法有效工作。   一个提议的解决方案是在 MRI 扫描仪中使用氢气而不是氦气作为惰性气体。然而，由于围绕与使用氢相关的易燃性风险的安全问题，这种替代存在其自身的问题。此外，氢气比氦气需要更多的能量，这意味着如果医疗保健提供者选择走这条路，他们可能会承担更高的成本——这个价格标签可能并不总是可行或可取的。   这让我们别无选择；在医疗领域提供安全可靠的结果方面，没有什么比氦气更好的了。要在不影响质量或可用性的情况下取代医疗设备中现有的氦气用途，在选择替代元素时需要仔细考虑。通过对每个可用选项进行深入研究并评估哪个选项满足特定应用的所有要求（包括功能、安全措施、成本效益和环境影响），制造商可以确定在这个短缺时期最适合他们的替代方案。   对研发的影响   氦气短缺严重影响了研发。氦气在研发过程中被广泛使用，以模拟真实世界的条件和测试原型的耐用性。因此，它的稀缺性会极大地阻碍进步；当研究人员没有足够的供应时，他们无法准确评估他们的产品在临床环境中的表现。   效果也不限于测试；如果没有氦气，产品设计的许多其他方面就会变得更具挑战性。例如，创建可靠的密封件或精确测量可能需要使用高度专业化的设备，这些设备使用氦气作为惰性气体或冷却剂。如果工程师无法事先对他们的设计进行全面评估，这种资源缺乏可能会进一步导致意想不到的问题。   显然，当前的这场危机在研发新技术方面给医疗器械行业带来了许多麻烦。现在需要考虑额外的成本和潜在的危险，同时采用旧方法或寻找创新方法来应对当前的挑战——这一切都归功于曾经被认为是丰富资源的持续短缺。   政府规章   政府法规在检查氦气短缺及其对医疗器械行业的影响方面发挥着重要作用。在全球范围内，许多国家采取了一系列政策措施来管理其氦气的使用和出口。这些政策根据所涉及的国家或地区采取不同的形式，但它们都旨在确保明智地使用任何剩余的供应品。例如，在欧洲，政府对出口征税并限制出于商业目的使用国内储备。此外，在没有事先获得当局的适当许可的情况下，可能存在关于可以出口多少的限制。   与此同时，在印度等亚洲部分地区，由于担心会耗尽本国境内的储量，对寻求向国外出口氦气的公司的审查也越来越严格。为此，印度官员最近宣布计划将进口含氦产品的关税提高至多10%。此举旨在保护当地资源，同时通过增加税收产生额外收入。   正如这些例子所表明的，世界各国政府正在采取积极措施，比以往任何时候都更加严格地规范氦气的生产和分配。这些举措对于减轻这一关键资源可用性下降的影响至关重要。遗憾的是，目前的努力似乎越来越不可能。   危机管理策略   氦气短缺导致制造商制定应对策略。第一个策略是开发替代供应链。另一个策略是通过尽可能减少浪费和回收利用来提高生产效率。制造商正在利用超高纯度净化器等技术，使他们能够减少氦气消耗，同时仍能生产出优质产品。此外，公司鼓励员工寻找创新方法来节约资源并最大限度地提高制造过程中的效率。   最后，许多制造商采用了长期风险管理计划，包括预留资金以应对自然灾害或意外市场波动等供应再次短缺时的紧急情况。这些公司还确保其运营的所有领域都符合政府关于采购、储存、运输和使用氦气等危险材料的规定。   紧急储备计划   为了保护他们的运营，一些公司已经实施了紧急库存计划。这包括购买额外储备等短期措施，以及投资不需要使用氦气的替代技术等长期战略。短期储存涉及从现有来源获取额外的氦气供应或与供应商签订有保证的交付合同。公司还试图通过实施严格的使用控制和确保有效的存储程序来减少浪费。这些措施可以帮助确保他们有足够的资源来满足他们当前的需求，同时也为未来可能出现的资源短缺提供一些保护。   为了获得更可持续的解决方案，许多企业正在探索其他选项来为其设备供电，而不是仅仅依赖氦气。例如，可以改用空气冷却系统，与使用气体相比，随着时间的推移，它可以提供更高的效率和成本节约。此外，制造商可能会在可行的情况下将太阳能等可再生能源用于某些应用。通过将这些替代方法与传统方法结合使用，组织可以显着减轻未来供应链中断的影响。 很明显，医疗设备制造商现在必须采取积极措施来保护自己免受这场日益严重的危机的影响；否则，如果在需要时没有足够的库存，可能会产生严重后果。幸运的是，通过对新技术的周密规划和战略投资，组织可以确保他们在全球对氦气的需求不断增长的情况下保持装备精良。   短缺的解决方案   解决氦气短缺问题的一种可能方法是，医疗设备组件生产商从基于氦气的冷却系统转向更传统的碳氢化合物制冷剂，如氨和二氧化碳。尽管这些方法可能无法提供有效的冷却，但它们更安全，并且如果实施得当，可以提供一些经济优势。此外，制造商可以专注于使用化学惰性材料，例如在生产过程中不需要任何特殊气体的 PCTFE（全氟聚合物）。   另一种选择可能涉及回收现有的氦气供应，而不是仅仅依赖自然资源。通过回收用过的气体并通过蒸馏技术对其进行净化，公司可以减少对有限资源的依赖，同时降低与新采购相关的成本。然而，应该指出的是，尽管这种方法可能有其好处，但鉴于可用数据有限，这种策略的有效性仍然存在不确定性。   鉴于这些考虑，很明显，在为影响医疗设备行业的持续氦气短缺找到可行的解决方案之前，需要进一步研究。需要进一步研究替代技术和改进回收实践，以确保维持安全标准，同时为受这种宝贵资源稀缺影响的企业节省成本。   投资新技术   全球氦气短缺导致医院大量投资于昂贵的新技术，以减少对氦气进行冷却过程的依赖。其中一项技术是低温冷却，它利用电流而不是气体成分。电子元件减少了对氦气等稀缺资源的需求，同时允许医疗设备保持最佳性能所需的低温。这一进步提供了一个机会，可以通过消除与购买和储存大量物理气体相关的经常性费用来降低运营成本。   此外，先进的纳米技术使科学家和工程师能够制造出以极高频率运行但可以使用少量液氮或水蒸气而不是液氦等传统气体进行冷却的微型超导体。这些进步还有望降低医疗机构中与医疗设备相关的能源消耗和总体运营成本。随着对这些技术的进一步投资，我们可能很快就会生活在一个医疗设备不再使我们的自然资源负担过重以提高效率的世界中。   氦气的长期前景   氦气短缺对医疗器械行业产生了重大影响，其影响可能会持续数年。持续危机的原因可能与全球供应链问题有关，这些问题导致这种珍贵元素的价格急剧上涨。医疗行业的公司现在正在投资新技术以试图减少对氦气的依赖，并且已经实施了紧急储备计划。   尽管采取了这些措施，但氦气的长期前景仍存在不确定性。如果情况不能很快改善，卫生当局可能会发现自己在资源有限的情况下苦苦挣扎。此外，其他严重依赖氦气的部门，如科学研究，也可能因无法获得这一重要资源而受到影响。   最终，很明显需要做更多的工作来确保我们未来对这种宝贵商品的供应，否则将面临对经济和公共卫生相关问题造成严重后果的风险。通过提高对创新的认识和投资，我们可能会成功地减轻这个当代问题对我们今天造成的任何进一步损害。    

2023 年的氦气 近年来，随着这种重要气体的全球供应减少，全球氦气短缺问题日益受到关注。氦气是一种稀有且宝贵的资源，用于多种行业，包括医疗保健、电子和航空航天。然而，氦气的供应是有限的，因为它主要是从天然气储量中提取的。由于其独特的特性（例如低沸点），氦气的需求也一直在增加，这使其成为一系列应用的理想选择。   供需之间的这种差异，加上氦气工厂的关闭，继续延长正在进行的氦气短缺 4.0。为了深入了解行业的趋势和挑战、氦气业务的现状和未来，LM Intelligas 的创始人 Luke Manickham ，4He Solutions 的所有者兼顾问 Richard Clarke和 Gulf Helium Services 总经理 Mazin Babiker进行了全球氦气行业的经验分享。   凭借在液化天然气 (LNG) 和氦气行业的丰富工作经验，Manickham 详细阐述了全球氦气行业的当前地缘政治状况。   Manickham表示：“感觉氦气短缺将持续到2023年，备受期待的伊尔库茨克启动和阿穆尔河重启本应为氦气世界提供一些喘息的空间，但出现了延误，俄罗斯和乌克兰之间意外的战争进一步加剧了氦气供应短缺，供应短缺很有可能扩大到2024年和2025年。”   但是如何应对挑战以可靠地生产和出口氦气呢？   Manickham表示要做到这一点，必须抓好政治、采购和人事这三个关键。主要的挑战是确定所有三个关键的优先顺序，以可靠地生产和出口氦气。   在谈到如此复杂项目的采购时，他强调需要关注关键部件，以持续维护阿穆尔河和伊尔库茨克项目。战争和由此产生的制裁也导致采购不足，限制措施无济于事。说到人事，他说：“一个初创团队应该在一个地方紧密合作至少 12 个月，然后才能目标启动。需要这种协调来履行确保满足供应所需的填充义务。”由于战争结束的日期不准确，无法估计工厂的启动情况。 我们所能期望的最好结果是经过计算的估计。鉴于战争的不确定性，考虑额外12至18个月的意外事件可能是明智的，以减少投机并帮助该行业提高其氦气供应预测的准确性，同时实现安全供应。   独立顾问和氦气专家理查德·克拉克 (Richard Clarke) 就该行业当前面临的挑战以及我们如何实现更加有序的氦气市场发表了自己的见解。   正如听说的那样，地缘政治是氦气行业的一个重要因素，它一直都是，而且可能永远都是，我们目前正在看到战争的影响。谈到单一的大型生产商，他说，“如果其中一家出现故障，那么我们就会失去大量供应，这对市场来说是非常具有破坏性的。”为了迎接某些挑战，他说我们应该允许较小的“纯游戏”玩家进入，例如来自非洲的那些处理纯氦气的玩家。   围绕 ISO 容器还出现了其他挑战。尽管在运输方面很出色，但他说他们没有能力在运输过程中重新凝结氦气。“还有投资问题，这造成了一种松动的调车效应。”为了建立一个更有秩序的市场，克拉克建议应该有一个国际监督机构来尝试和协调氦气行业的各个方面。 未来的趋势？   展望未来，Clarke 表示开始泄漏学习将“绝对重要”。“今后每年或安装的每个新装置的泄漏率都应低于其前身，建议该值约为每年3%。”谈到核聚变，他预测可能会在10年内发生，如果在那之后开始推出，聚变行业就会有很多钱。现在，根据一项估计，在我们的模型中，我们预计氦气需求每年增长 6%。   Mazin Babiker 自2018年以来担任过一系列不同的技术和业务开发职位，据他介绍，卡塔尔天然气公司生产的氦气占全球氦气产量的近 40%，相当于每年 26 亿标准立方英尺 (bscf)。其他开发项目包括North Field LNG扩建项目，该扩建项目将分两个阶段增加该国的产量；NFC East扩建项目，预计每年增加7700万吨LNG产量；第二阶段预计将于2027年完成，并将增加产能达到每年 1.26 亿吨。   目前行业面临的挑战或瓶颈是什么？   由Covid大流行引发的限制和供应链问题，将这些集装箱运送到预定目的地变得越来越困难。集装箱散布在世界各地影响了供应链，延长了运输时间，导致在高温条件下到达时对罐内冷却的高需求。   会议的最后一位发言人Kornbluth Helium Consulting 总裁Phil Kornbluth介绍Helium Shortage 4.0的最新情况。   Phil Kornbluth表示：“这种情况会持续下去，不得不说，最近几个月短缺的严重程度有所减轻，在上个季度左右，BLM（土地管理局）自去年以来运行良好——他们在 6 月重新启动——从那以后他们大部分时间都保持运行。”这得益于某些专业的分配百分比增加。   Kornbluth 说。“电子产品需求下降，我认为这是众所周知的。电子行业不景气。这是两个最大的应用程序之一。所以这可能有所帮助。而且我猜想，随着价格以他们现在的方式急剧上涨，到目前为止，需求可能会受到一些破坏。”   他补充说，由于北半球天气变暖和更多计划性的维护停工，未来几个月事情可能会再次朝另一个方向发展。“ BLM 计划在4月中旬关闭10天。我知道埃克森美孚计划从7月10日左右开始进行维护关闭。这应该持续29天。因此，即将出现的新事物可能会使供需平衡再次向负方向移动。所以我认为短缺不会很快消失。”   但是，我们什么时候可以预期这种短缺会结束？   “这主要取决于Amur是否启动和运行，而不仅仅是它们启动和运行的时间，”Kornbluth 解释道。“这在很大程度上取决于来自俄罗斯的氦气能否进入市场，物流将极其困难。”他补充说，在最乐观的情况下，市场可能会在2023年下半年看到俄罗斯氦气的贡献，这将有助于缓解短缺。   然而，这可能会受到对俄罗斯出口氦气的直接制裁的威胁。“如果说我刚才的话有什么要点的话，关键词就是‘不确定性’。现在没有人知道短缺何时会结束，因为关于阿穆尔河和市场上俄罗斯氦气的流动存在太多未知数。”

FAS 建议根据直接合同购买氦气为 MRI 加油   俄罗斯联邦反垄断局 (FAS) 和 Roszdravnadzor 将制定一份示范合同，供医疗机构购买液氦以补充磁共振成像扫描仪。采购将从生产商 Gazprom gaznefteprodukt holding（Gazprom 的一部分）进行。联邦反垄断局注意到液氦价格明显上涨，并建议医院签订直接购买氦气的合同，并仅从服务组织订购交付服务。   据监管机构称，交易平台上记录的液氦价格上涨，这可能会影响使用 MRI 机器进行诊断的医疗服务成本。诊所可以选择根据直接合同购买氦气，而服务机构可以购买氦气输送服务。 FAS 俄罗斯建议医疗机构考虑根据直接合同购买氦气，以优化成本。   各类消费者的加权平均液氦价格指数从2022年6月开始上涨。如果在6月7日每公斤花费 12200 卢布，那么在 30 日 - 19400 卢布。到7月底，价格高达2.97万卢布。截至8月3日，成本已降至2.43万卢布。因此，2022年8月，FAS 代表俄罗斯联邦政府首脑与 Roszdravnadzor 一起制定了向医疗保健行业的买家销售液氦的临时规则，该规则随后获得了 Gazprom 的批准。特别是，使用液氦为 MRI 机器加油的诊所价格被冻结在每公斤 1.03 万卢布的水平，这与 2021 年直接合同的年均价格相当。此外，Gazprom Gasnefteprodukt Holding 还承诺为医疗机构储备大量液氦。   根据采购领域的 EIS，2023 年 2 月，伊尔库茨克临床诊断药房以每升液氦1680 卢布（相当于每公斤1.45万卢布）的初始最高价格 采购了用于为 MRI 加油的液氦。

科恩布鲁斯氦咨询公司就美国地质调查局关于氦供应风险的评论请求的回应 美国地质调查局就氦气供应风险征求公众意见问题清单： 氦不符合列入2022 年关键矿物最终清单的标准。然而，美国地质调查局指出，有几个因素使氦气成为值得关注的商品： 2013 年的氦气管理法案指示土地管理局 (BLM) 出售联邦氦气系统。  全球从传统天然气转向缺乏可回收量的氦气的页岩气，有可能减少氦气的供应。 虽然美国拥有强大的国内氦气生产能力，但最近的地缘政治事件可能会影响国外的生产能力。  鉴于上述与氦有关的因素，美国地质调查局正在征求公众意见，以帮助美国地质调查局分析： 供应中断的风险是否增加 这种风险是否源于那些可能不愿意或无法继续向美国供应的国家的供应 这些风险是否很可能增加国家的进口依赖或造成少数国际或国内供应来源的集中和永久或间歇性供应中断的风险 由于外国地缘政治的不确定性、军事冲突、内乱或反竞争行为，氦气供应可能中断 这种供应中断是否会危及对国防、医疗保健、航空航天、消费电子和其他行业至关重要的产品的制造或使用 在出售联邦氦气系统的同时，BLM 将收集数据并向 USGS 报告氦气生产和消耗统计数据的责任归还给美国地质调查局。因此，美国地质调查局也在征求意见，以帮助美国地质调查局： 对氦气供应链进行综合分析 确定国内氦气消费者及其对氦气的主要用途 确定可能与 USGS 合作进行数据收集和调查开发的氦气生产商、供应商和消费者的联系点 确定可能有助于美国地质调查局未来收集氦气数据的其他类型的信息 首先，氦是一种商品，具有极其重要的应用，包括半导体制造、MRI 扫描仪冷却、航空航天、光纤制造、核能发电等。由于氦的独特性质，在大多数应用中没有可行的替代品。 氦气业务（在采购/批发层面）是一个全球市场。氦通常用11000加仑的低温集装箱运往世界各地，这些集装箱的无损失保存时间为 35 - 48 天。在美国生产的氦气被出口到世界各地的市场，氦气也从卡塔尔和阿尔及利亚等国家进口到美国。 全球氦供应容易出现不稳定和短缺，特别是在过去 17 年里，主要原因是由于现有资源（如 BLM 系统）的减少、计划内和计划外的工厂中断，以及无法在需要时及时开发新的来源。自 2006 年起全球氦市场已经经历了四个长期的供应短缺时期。氦短缺1.0从2006-2007年，氦短缺2.0从2011 - 2013年，氦短缺3.0从2018年初持续到2020年初，从2022年1月开始，我们一直处于氦短缺4.0之中。总的来说，在过去的17年里，氦市场经历了大约8年的供应不足。值得注意的是，这些短缺都是一个“全球性”事件。 尽管美国一直是氦的净出口国，但它并没有受到2006年以来发生的四次短缺的影响。理解为什么会这样是很重要的。美国生产的氦并不适合美国的需求，美国对氦的需求也不优先于从美国向海外市场出口氦的合同承诺。这些出口承诺与美国国内供应承诺同等优先。任何认为美国生产首先满足美国需求，然后再过剩出口的想法都是完全不正确的。这不是氦供应链的运作方式，而美国作为净出口国意味着它在某种程度上不受海外供应问题影响的观点是错误的。世界氦市场依赖于美国的供应，而美国市场依赖于外国的供应。 如果接受氦业务在美国和外国的来源和市场之间严重相互依赖的事实，那么就有必要仔细看看氦是在哪里生产的。据估计，北美（主要是美国）约占世界氦气产量的47%，卡塔尔约占34%，阿尔及利亚约占9%。剩下的10%的全球产能被拆分在波兰、俄罗斯和澳大利亚。 虽然卡塔尔是美国的盟友，但它位于中东，来自卡塔尔的氦气运输可能会因为该地区的冲突而中断。事实上，2017 年6月，沙特领导的禁运中断了来自卡塔尔的氦气运输，导致了暂时的氦气短缺。阿尔及利亚由不受欢迎的独裁统治，任何时候都可能受到 “阿拉伯之春”革命的影响。仅考虑到卡塔尔和阿尔及利亚，全球大约43%的氦供应来自那些面临重大政治风险的国家。这应该是一个依赖氦的美国行业所关注的问题。 当展望未来时，下一个生产氦的主要项目是俄罗斯天然气工业股份公司的阿穆尔河项目，该项目因 2022年1月的爆炸而被推迟，但预计将在2023年晚些时候重新启动。根据KHeCs 的预测，到2027年，北美占全球氦供应的份额将继续下降到39%，而俄罗斯的氦供应份额将从目前的2%增加到至少20%。随着俄罗斯预计将成为一个重要的供应国，并考虑到俄罗斯利用大宗商品作为政治杠杆的历史，人们应该更加担心美国工业越来越依赖外国来源。鉴于北美丰富的氦储量，我们应该避免由于短视的政策或自满而对不友好或潜在不稳定的国家产生依赖。 回答《联邦公报》通知中提出的具体问题： 1.氦供应中断的风险是否在增加？ 在过去 17 年中出现了四次短缺，显然世界上的氦供应已经发生过，而且仍在经历一段供应中断风险增加的时期。如果美国的供应份额继续下降，来自俄罗斯和其他受政治风险国家的供应份额增加，美国的氦供应受到地缘政治事件干扰的风险将会更大。 2.这些风险是否很有可能增加国家的进口依赖性，或造成永久性或间歇性供应中断的集中和风险？ 如果我们允许北美在全球供应中的份额继续下降，对进口的依赖和地缘政治因素造成的供应中断的可能性将会增加。 3.氦供应的潜在中断是否会危及对国防、医疗保健、航空航天、消费电子和其他行业至关重要的产品的制造或使用？ 到目前为止，对氦气有迫切需求的行业通常能够以一定的价格确保其对氦气的需求，因为主要的工业气体供应商通常以优先供应最关键应用领域的方式分配供应，而牺牲其他被认为对社会不太重要的应用行业（例如派对气球） 无法保证未来会一直如此，因为在某种程度的供应短缺情况下，即使是关键应用程序也可能无法获得所需的供应。 总之，虽然美国还没有过度依赖氦从卡塔尔，俄罗斯或阿尔及利亚的供应，当我们在美国和加拿大仍然拥有丰富的资源可以开发时，美国增加对有风险的外国来源的依赖将是非常短视的。美国政府的政策应该支持发展国内新的氦供应。 《联邦公报》的通知还要求有关美国地质调查局承担收集数据和报告氦生产和消费统计数据的责任。KHeC 认为，关于氦的生产和需求的准确的宏观层面数据将有助于帮助氦的消费者、生产商和分销商了解氦的市场动态。准确的数据有助于市场参与者管理他们的业务，并有助于消除增加成本的低效率现象。 然而，由于氦供应链的复杂性，开发准确和一致的数据将是相当具有挑战性的。我认为，这类信息的主要来源必须是在美国境内经营的主要工业天然气生产商和分销商。这些公司包括空气化工公司、液化空气公司（空气气体公司）、林德公司、马西森天然气公司和梅塞尔公司。 科恩布鲁斯氦咨询公司建议美国地质勘探局与工业天然气行业合作，可能通过压缩气体协会，开发一种全面的方法来解决这个数据收集问题。由于各种原因，包括缺乏一些主要工业气体公司的支持，BLM（国土资源管理部门） 和私人顾问（包括 KHeC）为开发收集此类数据的方法所做的类似努力都没有成功。 科恩布鲁斯氦咨询公司（KHeC）是一家领先的咨询公司，专门关注与全球氦业务相关的商业问题。科恩布鲁斯是 KHeCs的创始人和总裁，为氦业务工作40年。在此期间，科恩布鲁斯负责全球五大氦供应商中的两家——BOC Gases（随后被林德收购）和日本大阳日酸的Matheson子公司。

应用愈加广泛，需求不断增加！同位素13C和氘供不应求，氘和13C的价格走势有何预期？   稳定同位素价格为何暴涨？ 是什么导致了稳定同位素13 C 和氘的当前价格上涨？   当前稳定同位素13C和2H涨价案例 氘代和 13C 标记化学品的新应用正在创造对 13C 和 2H 不断增长的需求 地缘政治变化对稳定同位素 2H 和 13C 的可用性施加了巨大压力。 中期稳定同位素 2H 和 13C 的价格走势有何预期？   以当前稳定同位素13 C和氘涨价为例   13C和氘分别是碳和氢的稳定同位素。这些同位素的性质与其最丰富的天然同位素（12C 和氕）略有不同，在核磁共振光谱和定量质谱等许多科学学科中都很有价值。它们用于研究各种主题，从环境研究到疾病诊断。   过去一年，稳定同位素标记化学品市场的价格大幅上涨超过 200%。这种趋势在13 CO 2和 D 2 O等基础稳定同位素标记化学品的价格中尤为明显，它们在 2022 年上半年开始上涨。此外，稳定同位素标记的生物分子（例如葡萄糖或作为细胞培养基重要组成部分的氨基酸）也出现了显着增长。   但是是什么触发了这种发展？   最近的地缘政治发展和消费者市场行为的变化正在融合并影响经济的基本原则：供求关系。在需求显着增加 (2) 的同时，供应商方面的产能正在崩溃 (1)。这些抵消影响导致价格上涨 (3)。   需求增加和供应减少导致价格上涨   在过去的一年里，究竟是什么对13 CO 2和氘的供需产生了如此重大的影响？氘代和13 C 标记化学品的新应用正在创造对13 C 和氘不断增长的需求   活性药物成分 (API) 的氘化   氘(D, 氘)原子对人体的药物代谢率有抑制作用。它已被证明是治疗药物中的安全成分。鉴于氘和氕的化学性质相似，在某些药物中，氘可以作为氕的替代品。   药物的治疗效果不会因氘的加入而受到显着影响。代谢研究表明，含氘的药物通常保持完整的功效和效力。然而，含氘药物的新陈代谢较慢，通常会导致更持久的疗效、更小或更少的剂量以及减少的副作用。   氘如何对药物代谢产生减速影响？与氕相比，氘能够在药物分子内形成更强的化学键。鉴于药物的代谢经常涉及这种化学键的断裂，更强的化学键意味着更慢的药物代谢。   氧化氘用作生成各种氘标记化合物（包括氘化活性药物成分）的起始材料。   氘化光纤电缆   在光纤制造的最后阶段，光纤电缆要经过氘气处理。某些类型的光纤容易受到其光学性能退化的影响，这是由于与位于电缆内或电缆周围的原子发生化学反应而导致的现象。   为了缓解这个问题，使用氘来取代光纤电缆中存在的一些氕。这种替代降低了反应速率并防止了光传输的退化，最终延长了电缆的使用寿命。   硅半导体和微芯片的氘化   利用氘气 ( 氘 2 ; D 2 ) 进行氘-氕交换的过程用于硅半导体和微芯片的生产，这些硅半导体和微芯片通常用于电路板。氘退火用于用氘替代氕原子，防止芯片电路的化学腐蚀和热载流子效应的有害影响。   通过实施这一工艺，可以显着延长和改进半导体和微芯片的生命周期，从而可以制造更小和更高密度的芯片。   有机发光二极管 (OLED) 的氘化   OLED，有机发光二极管的首字母缩写，是一种由有机半导体材料组成的薄膜器件。与传统的发光二极管 (LED) 相比，OLED 具有较低的电流密度和亮度。虽然 OLED 的生产成本相对于传统 LED 较低，但其亮度和寿命却没有那么高。   为了在 OLED 技术中实现改变游戏规则的改进，已发现用氘替代氕是一种很有前途的方法。这是因为氘加强了 OLED 中使用的有机半导体材料中的化学键，从而带来了几个优势： 化学降解发生的速度较慢，从而延长了设备的使用寿命。   可以生产更薄的显示器。 可以使显示更加灵活。 可以提高OLED的整体性能和质量。   13 C 呼吸测试   13 C呼气测试是用于检测和诊断各种医疗状况的非侵入性诊断测试。这些测试基于这样一个事实：当一个人摄入含有13 C 的物质时，它会被身体代谢，产生的二氧化碳随呼吸呼出。   这些新的和不断增长的应用数量一方面满足了氘 和13 C的可用性越来越成问题的要求。但氘 和13 C 供应商方面究竟发生了什么？ 地缘政治变化对稳定同位素氘 和13 C的可用性施加了巨大压力。   核能的淘汰减少D 2 O的可用性   D2O也是氘化化学品的原料，在CANDU（加拿大氘铀）反应堆中起着重要作用。CANDU反应堆是为数不多的使用重水作为慢化剂的反应堆之一。慢化剂是一种物质，可以降低核裂变中释放的中子的速度，从而增加进一步发生核裂变的可能性。   然而近年来，一些国家已决定关闭其 CANDU 反应堆或限制其运行寿命。由于CANDU反应器是D2的最大消费者之一，因此该决定对D2O生产商具有严重影响。由于取消了CANDU反应器，许多生产商发现自己被迫停止生产。因此，整个市场D 2 O供应量正在减少。   对俄罗斯的经济制裁减少了13CO2的可用性   13CO2是所有13 C标记化学品合成路线的原料。对俄罗斯的经济制裁严重影响13CO2的可用性，因为俄罗斯是世界上最大的13 CO2供应商之一。   制裁导致许多西方公司发现很难与俄罗斯13CO2供应商做生意或继续他们现有的业务关系。这导致13 CO 2的可用性减少，从而导致全球市场上13 C 标记化学品的价格上涨。   逐步淘汰核电的政治决定和对俄罗斯的经济制裁永久性地减少了西方国家D2O和13 CO 2的可用性。现在应该如何应对这种新情况？   中期稳定同位素氘和13C的价格走势有何预期？   从宏观经济角度来看，减少需求或增加供应对于在中期降低氘或13 C标记化学品的价格至关重要。如研究所示，需求减少似乎不太可能。13 C标记和氘化在许多不同的技术领域具有巨大的潜力，这更有可能在中期进一步增加需求。   为了稳定稳定同位素的价格，增加13 CO2和D 2 O产量的供应至关重要，尤其是在西方国家。然而，生产这些稳定同位素是一个复杂的过程，因为13C和氘的自然发生率分别仅为 1.1% 和 0.01% 左右。因此，复杂的高度复杂和成本密集的程序是必要的。规划、建造和调试合适的生产工厂可能需要长达四年的时间。