1908年7月10日，超导现象的发现者、荷兰物理学家卡末林·昂内斯首次成功实现了氦气的液化，这标志着科学界一个重要的突破。在那个时代，人类对于氦气的液化一直无能为力，因为它的气态状态极其稳定，能够在任何温度下保持不凝结，这一点使得它的液化成为了科学家们的一大挑战。

在经历了长时间的不懈努力后，昂内斯终于找到了解决氦气液化难题的关键方法。他采用一种新型的制冷技术，将氦气放置在低温环境中并施加高压，最终成功将氦气液化。这项突破性的实验使他获得了1913年的诺贝尔物理学奖，并开启了液化氦气研究的新纪元。

解决氦气液化的难题

1882年，29岁的卡末林·昂尼斯成为荷兰莱顿大学的物理学教授及物理实验室掌舵人。那时，全球物理学正经历变革，物理实验备受瞩目。1908年7月10日，昂尼斯与团队历经精心筹备，终于成功液化氦气，这一壮举标志着20世纪“大科学”的辉煌开篇。

为确保实验顺利进行，昂尼斯做了大量细致准备，他预估氦的液化温度为5K至6K，并储备了大量氦气。实验前夕，他们准备了75升液态空气，凌晨时分，20升液态氢也已就绪，缓缓注入氦液化装置。液氢预冷过程需谨慎万分，任何微量空气混入都将导致前功尽弃。

午后一时半，氦气开始循环，液化装置中心的恒温器逐渐降至前所未有的低温，这一温度只能通过氦气温度计来测量。然而，温度计长时间毫无动静，他们尝试调整压力、改变活塞，但温度计依然反应迟钝，难以判断。此时液氢即将耗尽，液氦的踪迹却仍未显现。

傍晚七点半，实验似乎即将以失败告终，这时，一位前来观摩的教授提醒昂尼斯，或许氦温度计内的氦气也已液化，建议从下方照亮容器观察。昂尼斯恍然大悟，立即照做。结果令人振奋，原来中心恒温器内几乎满是液体，光的反射显露了液面。此次实验，昂尼斯共获得60毫升液氦，达到4.3K的低温，彻底打破了气体与液体之间的界限，人类在探索绝对零度的道路上迈出了关键步伐。

超导现象的发现者

当时，关于金属电阻在接近绝对零度时的行为，存在不同观点，有人认为纯金属电阻会随温度降低而减小至零。昂内斯起初赞同开尔文1902年的理论，即金属电阻降至某极小值后，会因电子凝聚而急剧增大。

凭借掌握的液化氦技术，昂内斯得以实验验证这一理论。1911年2月，他测量了金和铂在液氦温度下的电阻，发现铂的电阻在4.3K以下保持恒定，并未如预期那样先降后升。这促使他改变看法，推测纯铂的电阻可能在液氦温度下消失。

为验证这一新假设，昂内斯选用易于提纯的汞进行实验。惊人的是，汞的电阻在4.2K时突然消失。这一发现意味着超导现象的存在，对提升电力工业效率及开发超导电机、磁铁和电缆等具有重大意义。昂内斯随后在1911年4月至11月间发表了三篇论文，详细记录了这些实验结果。

低温超导现象

1913年，昂内斯进一步发现锡和铅也展现超导特性，甚至不纯的汞也具备此性质。因对物质低温特性的深入研究和液氦制备的贡献，他荣获1913年诺贝尔物理学奖。此外，昂内斯对莱顿大学物理实验室的卓越领导，使该实验室成为20世纪初全球低温研究的领军之地。

战略性稀有气体资源

液化氦气的成功，震撼了科学界。这一突破让科学家们得以更深入地探索氦的性质，同时也激发了对其他物质液化研究的热情。更重要的是，液化过程中采用的技术和装置，为科研提供了更多有力的工具。

液化氦气的价值远不止科学探索。作为关键工业原料和能源，液化氦气大大节省了储存和运输空间，为工业生产和科研实验带来了便利。其应用领域广泛，尤其在航空航天领域，氦气是不可或缺的。在液体燃料航天器发射过程中，氦气用作清洗剂、检漏剂、增压气和冷却剂，确保发射顺利进行。在液氢的低温环境中，氦气是唯一不会冻结堵塞管道的气体。

深海探索中，氦气同样发挥着重要作用。深潜时，潜水员使用氦氧混合气体，这种气体组合能显著降低氮气溶入血液带来的风险，保护潜水员安全。

医疗领域也离不开氦气。在核磁共振成像技术中，液氦是超导磁体稳定运行的关键，确保高分辨率成像。此外，氦气还能加速呼吸系统中氧气的传输，有效缓解呼吸系统疾病症状，被誉为“生命拯救者”。氦气用途广泛，不仅能助力神经系统疾病的治疗与预防，还是信息化时代的守护者。在尖端科技领域，氦气对量子计算机至关重要。量子计算机需依赖液氦冷却，确保量子比特接近绝对零度运行，一旦缺少氦气，量子计算机将无法稳定工作。

参考来源：《国土资源科普与文化》、科普中国

来源: 江苏省科学技术协会