Vượt qua quán tính: Khí hiếm gặp phải những cơ hội mới đi đầu trong các thách thức về công nghệ và chuỗi cung ứng

Đám mây thiếu helium vẫn tồn tại, và các giải pháp thăm dò và thay thế đang tăng tốc (một chủ đề nóng liên tục vào năm 2024)
Vấn đề thiếu helium toàn cầu đã không được giải quyết về cơ bản, đặc biệt là đối với helium tinh khiết cao. Nhu cầu về helium trong hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), sản xuất chất bán dẫn, vẽ sợi, thăm dò không gian và nghiên cứu tiên tiến (như siêu dẫn, vật lý nhiệt độ thấp và điện toán lượng tử) tiếp tục phát triển, trong khi nguồn chính (liên quan đến các trường khí tự nhiên).
Những phát triển mới nhất:
Tiến bộ thăm dò: Trung Quốc đã đạt được tiến bộ mới trong thăm dò helium ở các khu vực như lưu vực Tarim, nhằm mục đích tăng cường khả năng đảm bảo cung ứng trong nước. Các nhà sản xuất lớn như Nga và Qatar cũng đang tìm cách mở rộng năng lực sản xuất của họ.
Công nghệ tái chế và bảo tồn: Bệnh viện, tổ chức nghiên cứu và nhà máy bán dẫn đang đầu tư rất nhiều vào các hệ thống phục hồi helium, giảm đáng kể chi phí vận hành và phụ thuộc vào helium mới. Các thiết kế mới hơn, hiệu quả hơn của các máy điều nhiệt nhiệt độ thấp cũng đang giảm mức tiêu thụ helium cho các thí nghiệm.
Nghiên cứu vật liệu thay thế: Trong một số lĩnh vực ứng dụng nhiệt độ thấp (như hệ thống làm mát MRI nhất định), nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ không chứa helium hoặc chất tự động thấp đang tăng tốc, nhưng vẫn có những thách thức kỹ thuật trong việc thay thế hoàn toàn việc áp dụng helium chất lỏng có độ tinh khiết cao trong nam châm siêu dẫn.
Khí neon: "huyết mạch" của sản xuất chip, đa dạng hóa chuỗi cung ứng và đột phá trong công nghệ tái chế (được cập nhật vào tháng 5 năm 2024)
Khí neon là một thành phần không thể thiếu của hỗn hợp khí laser trong các quá trình in thạch bản bán dẫn (đặc biệt là in thạch bản cực tím sâu). Các dư chấn của cuộc khủng hoảng chuỗi cung ứng do cuộc xung đột Nga-Ukraine năm 2022 vẫn chưa lắng xuống, và sự nhấn mạnh của ngành công nghiệp toàn cầu về an ninh cung cấp khí neon đã đạt đến mức chưa từng có.
Những phát triển mới nhất:
Công nghệ tái chế đạt được sự cải thiện đáng kể: các công ty khí đốt lớn và các nhà sản xuất chip đã công bố những đột phá lớn trong các công nghệ tái chế và tinh chế neon. Các cơ sở tái chế mới có thể tinh chế neon một cách hiệu quả từ khí thải của các nhà máy chip sang các tiêu chuẩn cấp bán dẫn, làm tăng đáng kể tốc độ thu hồi và giảm đáng kể sự phụ thuộc vào quy trình sản xuất ban đầu. Đây được coi là một bước quan trọng trong việc đảm bảo khả năng phục hồi chuỗi cung ứng.
Đa dạng hóa các nguồn cung cấp: Ngoài các quốc gia sản xuất truyền thống (Ukraine, Nga), năng lực sản xuất neon ở Trung Quốc, Hàn Quốc và Trung Đông (chủ yếu từ các đơn vị phân tách không khí của các nhà máy thép) đang tích cực mở rộng và tìm kiếm chứng nhận để vào chuỗi cung ứng toàn cầu. Một số đại gia khí quốc tế đã công bố kế hoạch đầu tư cho việc tinh chế neon ở các khu vực mới.
Argon Gas: "Anh hùng không tên" của Hàn xanh và Tổng hợp vật liệu mới (Mở rộng ứng dụng)
Khí argon được sử dụng rộng rãi như một loại khí bảo vệ trong hàn kim loại (đặc biệt là hàn TIG/MiG). Gần đây, ứng dụng của nó đang mở rộng cùng với sự phát triển của khoa học vật liệu và sản xuất xanh.
Những phát triển mới nhất:
Nhu cầu sản xuất carbon thấp: Trong việc sản xuất xe điện và thiết bị năng lượng tái tạo (như tháp tuabin gió), nhu cầu hàn chất lượng cao đã tăng vọt, dẫn đến nhu cầu ổn định đối với khí argon có tính tinh khiết cao. Các đặc tính trơ của nó là rất quan trọng đối với các vật liệu hàn như thép không gỉ và hợp kim nhôm, đóng vai trò là nền tảng để đạt được các kết nối mạnh mẽ và đáng tin cậy.
Trợ lý tổng hợp vật liệu mới: Trong các phòng thí nghiệm và trong việc sản xuất các vật liệu mới nổi, khí argon, như một bầu không khí bảo vệ trơ, đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp nhiệt độ cao của một số gốm sứ tiên tiến, hợp kim đặc biệt và vật liệu pin, ngăn chặn sự oxy hóa của vật liệu và đảm bảo hiệu suất của các sản phẩm.
Krypton và Xenon: "Đầu dò" trong nghiên cứu tiên tiến và các lĩnh vực y tế (ứng dụng Frontier)
Các loại khí tương đối hiếm, Krypton và Xenon, do tính chất hạt nhân và trơ hóa hóa học cụ thể của chúng, đã đạt được thành công đáng kể trong các lĩnh vực chuyên môn cao.
Những phát triển mới nhất:
Phương pháp hẹn hò của Krypton-81: Các nhà khoa học sử dụng đồng vị phóng xạ tồn tại lâu dài Krypton-81 (với thời gian bán hủy khoảng 230.000 năm) để tiến hành các nghiên cứu hẹn hò về nước ngầm và băng hà cổ đại, cung cấp một viễn cảnh độc đáo để hiểu khí hậu cổ đại và lưu thông tài nguyên nước ngầm. Độ nhạy của các công nghệ phát hiện liên quan (như phân tích dấu vết giếng nguyên tử) tiếp tục tăng.
Nghiên cứu hình ảnh y học hạt nhân: Các đồng vị xenon phóng xạ (như XE-133 được sử dụng để chụp ảnh thông gió phổi và XE-129 đã được nghiên cứu trong MRI siêu phân cực) vẫn có giá trị tiềm năng trong chẩn đoán y khoa, đặc biệt là trong hình ảnh bệnh phổi. Các nhà nghiên cứu cũng đang khám phá tiềm năng của Krypton siêu phân cực trong các ứng dụng hình ảnh cụ thể.
Máy dò vật lý hạt: Xenon chất lỏng có độ tinh khiết cao và Krypton tiếp tục là vật liệu mục tiêu ưa thích cho các thí nghiệm phát hiện vật chất tối (như Lux-Zeplin, Xenonnt), và độ tinh khiết và ổn định của chúng là chìa khóa cho sự thành công của các thí nghiệm.