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科學家在觀測日全食時，用光譜儀首次在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)屬于氦的神秘黃線，當時的它不屬于任何已知元素，因而被稱為“太陽的元素”。

“太陽的元素”自維蘇威火山巖釋放的氣體中被發(fā)現(xiàn)，而當時的人們完全不相信這種說法。

科學家將釔鈾礦置于硫酸中加熱，獲得一種未知氣體，后經(jīng)鑒定為氦氣，這表明“太陽的元素”在地球上存在。自此，氦正式發(fā)現(xiàn)，并被命名為helium，在希臘語中意為“太陽”。

人們在堪薩斯州德克斯特鎮(zhèn)的石油鉆探中發(fā)現(xiàn)，天然氣含有一種“不燃燒”的不明氣體。后經(jīng)化學家進一步分析，發(fā)現(xiàn)氣體中含有1.84%的氦。這表明，氦氣雖然在地球上很罕見，但可從天然氣中獲取。

物理學家發(fā)現(xiàn)，氦氣是一種質(zhì)量極輕的氣體，它的密度只有空氣的1/7左右，這是氦氣的主要優(yōu)勢之一；科學家將α粒子打入真空管，并向管內(nèi)放電，通過觀察管內(nèi)氣體的發(fā)射光譜，證明了α粒子就是氦核。

科學家首次液化了“永久氣體”氦氣，開創(chuàng)了低溫工程學和低溫物理學新紀元。

科學家利用液氦冷卻汞，測量到其電阻幾乎降為零，于是發(fā)現(xiàn)了超導電性。從此，打開了超導的大門，激發(fā)了科學家在超導領域的研究熱情。

在-270.98℃左右，物理學家意外發(fā)現(xiàn)，液氦的比熱容會發(fā)生突變，由此發(fā)現(xiàn)了超流態(tài)現(xiàn)象。

氦氣具有分子最小、沸點最低、化學性質(zhì)不活潑、熱穩(wěn)定性高、導熱率高、滲透性強、密度低、擴散易、溶解難、密封難等特殊物理化學性質(zhì)，雖以微量組分產(chǎn)出于天然氣中，非常稀有。但氦氣在液體燃料火箭發(fā)射、深潛水領域不可或缺，極高純度的氦氣是芯片制造必備的保護氣，同時氦氣也是殼幔流體交換的示蹤劑，廣泛應用于“深空、深海、深地、深藍”等高新技術領域，彰顯著“不懼嚴寒、不畏高溫，高雅獨立、純潔稀有，甘做配角、默默奉獻”的優(yōu)秀品質(zhì)。隨著科技的不斷進步和應用領域的不斷拓展，氦氣的應用前景將會越來越廣闊。

氦氣在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應用。例如，在焊接和切割中，氦氣被用作保護氣體，以保證焊接和切割的質(zhì)量；氦氣用于半導體生產(chǎn)、光纖通信、激光切割、液晶顯示器制造等領域，化學惰性和高導熱率使其成為芯片制造必不可少的保護氣；第四代核反應堆中，反應堆設計采用高達790℃的氣體冷媒溫度，在此溫度下，只有氦氣具有必需的化學穩(wěn)定性、惰性、高傳熱速率、低動力學壓力損失和低中子有效截面。氦氣在這些方面的應用無可替代，工業(yè)生產(chǎn)將是未來氦氣需求增長的主要方向。

氦氣在航空航天領域有著重要的應用，人類探索宇宙的征程離不開氦氣的無私奉獻。例如，在液體燃料航天器發(fā)射中，氦氣是無可替代的燃料倉和管道系統(tǒng)的清洗劑、檢漏劑，燃料加載的增壓氣和冷卻劑，等等。清洗增壓液氫罐和管道系統(tǒng)時，在液氫的低溫環(huán)境中，任何其他氣體（如氮氣或氬氣），都會凍結(jié)并與液氫混合堵塞管道和閥門，而氦氣是唯一液化溫度遠低于氫的惰性物質(zhì)，因此能夠在液氫環(huán)境下作業(yè)；在高空氣球和飛艇中，氦氣被用作氣囊氣體，以提供浮力，克服了氫氣球易燃、易爆的缺點。在飛機發(fā)明前，氦飛艇曾承載著人們安全飛翔的夢想。

氦氣在深潛水領域也發(fā)揮重要作用，為深海探索保駕護航。例如，潛水員通常會使用氦氧混合氣體來進行深海潛水（潛艇）。這種用氦氣替代氮氣的混合氣體，因氦氣在血液中的溶解度明顯小于氮氣，可減少氮氣溶入潛水員血液所帶來的危險和不適，極大降低潛水員在返回水面的過程中，由于壓力驟降而導致氣泡在血管內(nèi)聚集的風險。

氦氣在醫(yī)療領域有重要的應用，被稱為“拯救生命”的氣體。例如，在核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）等技術中，核磁共振成像儀的核心是超導磁體，沒有液氦就不能穩(wěn)定運行，不能保證高分辨率成像；在呼吸系統(tǒng)疾病的治療中，氦氣可增加呼吸系統(tǒng)中氧氣的傳輸速度，緩解呼吸系統(tǒng)疾病的癥狀；此外，氦氣還可用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療和預防。

氦氣可用于制造氦氣燈，氦及其同族“兄弟”（惰性氣體）共同為我們貢獻了色彩斑斕的夜景。氦氣燈以氦氣為放電氣體，主要用于廣告燈箱、霓虹燈、紫外線光源等方面。由于氦氣能夠產(chǎn)生明亮的黃色光芒，常被用于商業(yè)和娛樂場所中的燈光效果。

在電子支付領域，氦氖混合制成的氦氖激光器便宜高效且能耗低，廣泛應用于條形碼識別、二維碼支付等場合。

氦氣可用于氣體充填，如球類、氣球、氣墊等，因為氦氣的密度非常低，可使充入的物體漂浮在空中；氦氣還可填充于食品包裝中，以保持食品的新鮮度和質(zhì)量。

信息化時代離不開氦氣的守護。氦氣在量子計算機中的應用前景廣闊，量子計算機為使量子比特溫度保持在絕對零度左右，需采用液氦冷卻，離開了氦，量子計算機將無法穩(wěn)定運行。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等的發(fā)展，氦氣更多地被用于填充硬盤。硬盤是計算機中非常重要的存儲設備，在硬盤內(nèi)部，盤片上涂覆著一個非常薄的磁性涂層存儲數(shù)據(jù)。當硬盤運行時，盤片會高速旋轉(zhuǎn)，讀寫端則會在盤片上尋找和讀取數(shù)據(jù)。在硬盤中使用氦氣可謂大有裨益，首先，相比于空氣，氦氣的密度更低，阻力更小，可以降低摩擦力和風阻，使盤片更加容易旋轉(zhuǎn)，提高硬盤的讀寫速度和性能；其次，氦氣的熱傳導性能比空氣好，能夠更好地散熱，減少硬盤運行時所產(chǎn)生的熱量；再次，氦氣的化學惰性，能夠更好地保護硬盤內(nèi)部的磁性涂層和讀寫頭，延長硬盤壽命。填充了氦氣的硬盤，其使用壽命比普通硬盤高兩倍以上，同時讀寫速度和性能也得到明顯提升。

氦氣在科學研究方面有諸多用途。例如，精密分析中，氦氣作為氛圍氣用于運載被檢測氣體進入分析裝置，由于其化學惰性，在使用過程中不會與被檢測組分發(fā)生任何化學反應，保證了檢測準確性；氦氣的相對分子質(zhì)量和物理性質(zhì)與大部分要分析的物質(zhì)差別很大，利用氦氣作載氣，對基于熱導系數(shù)、聲速和密度等變化的檢測器來說，均可以實現(xiàn)最高的檢測靈敏度；氦氣氣溶膠能夠制備納米顆粒和涂層；氦氣還可用于低溫制冷、超導實驗、氣體探測器、流體動力學等研究領域；氦-3/氦-4 值是靈敏的地殼穩(wěn)定性指標，在地震監(jiān)測中守護著我們的安全。

第一代”核聚變是氘—氚聚變，優(yōu)點是燃料便宜，缺點是會產(chǎn)生中子，具有放射性。“第二代”核聚變是氘與氦-3發(fā)生反應，反應本身不產(chǎn)生中子，但其中有氘，氘-氘反應也會產(chǎn)生中子。“第三代”核聚變，氦-3與氦-3反應，聚變過程中不產(chǎn)生中子，放射性小，反應易控制，既環(huán)保又安全，堪稱終極聚變。氦-3是世界公認的高效、清潔、安全、廉價的核聚變發(fā)電燃料。10噸氦-3就能滿足我國一年所有的能源需求，100噸氦-3便能提供全世界能源需求。但氦-3在地球上的蘊藏量很少，人類初步探測表明，月殼淺層含有上百萬噸氦-3，足夠人類使用上萬年。

世界氦氣資源勘查程度低，已探明和已開發(fā)氦氣資源非常有限，分布相對集中。天然氣中氦氣平均含量為 0.04%，目前全球探明氦氣儲量僅占天然氣探明儲量的 0.005 6%，表明可達到工業(yè)品位的氦氣資源極少。由于其在自然界中分布極為稀少，全球可用的氦氣資源儲量也十分有限。根據(jù)天然氣中可利用的氦氣含量，一般將天然氣分為少見的特富氦天然氣（氦氣含量≥1.00%）、提氦效益良好的富氦天然氣（氦氣含量0.30%~1.00%）、可直接提氦的中氦天然氣（氦氣含量0.10%~0.30%）、可聯(lián)產(chǎn)提氦利用的低氦天然氣（氦氣含量0.03%~0.10%），以及難以利用的貧氦天然氣（氦氣含量＜0.03%）。

截至2022年年底，世界氦氣總資源量約為484億立方米，其中美國、卡塔爾、阿爾及利亞、俄羅斯資源量分別為171、101、82、68 億立方米，共占世界資源量的87%。世界氦氣總探明儲量約為120.85億立方米，其中美國氦氣儲量約85.61億立方米，占世界總儲量的71%；卡塔爾氦氣資源來自液化天然氣尾氣（閃蒸氣）提純回收，資源量巨大，但缺乏達到工業(yè)品位的氦氣儲量；阿爾及利亞氦氣儲量18億立方米；俄羅斯氦氣儲量17億立方米。美國、阿爾及利亞、俄羅斯三國氦氣總儲量占世界已公布探明儲量的99.99%（USGS，2022）。此外，坦桑尼亞魯夸區(qū)可能蘊含多達39.1億立方米的氦氣資源量，但仍需鉆探證實（Helium One，2022）。中國、印度、澳大利亞、阿根廷等也可能擁有氦氣資源，有待證實。

近年來，世界氦氣產(chǎn)量穩(wěn)中有降，增長乏力，美國戰(zhàn)略儲備消耗殆盡，全球供不應求。2022年，全球氦氣產(chǎn)量1.6億立方米，美國是全球最大的氦氣供應國，占全球氦氣產(chǎn)量的約47%（USGS，2022）。

由于氦氣的應用領域比較廣泛，目前全球氦氣需求量持續(xù)增加，供應情況比較緊張。據(jù)國際氣體協(xié)會（IGA）預測，到2030年，全球氦氣供應可能會面臨短缺，未來幾年可能會出現(xiàn)更加明顯的供需緊張局面。為了確保全球氦氣供應的持續(xù)性和穩(wěn)定性，需要各國加強氦氣勘探和開發(fā)，提高氦氣的產(chǎn)量和供應能力，以確保全球氦氣供應的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

地球上的氦氣有兩個來源：一是在地球內(nèi)部的巖石中形成；二是由太陽風輻射到地球大氣層并被地球所捕獲。地球內(nèi)部來源的氦氣儲量較大，成藏條件相對比較穩(wěn)定；太陽風輻射到地球大氣層中的氦氣儲量較小，但分布范圍廣，難以聚集。因此，地球內(nèi)部是氦氣的主要來源。氦氣的成藏機理是多種因素綜合作用的結(jié)果，地下水流、地震等因素也會對氦氣的成藏和運移產(chǎn)生影響。

氦氣的生成速率極其緩慢，加之氦分子具有極易擴散的特征，使得經(jīng)典石油地質(zhì)理論針對氦氣運移、聚集和保存的研究面臨巨大挑戰(zhàn)。目前不同學者從不同角度對氦氣成藏的控制因素進行了研究，系統(tǒng)的氦氣富集成藏理論還有待建立。

在氦氣的來源方面，Mamyrin和Tolstikhin（1984）將氦氣分為大氣源、殼源和幔源三類。目前工業(yè)用的氦氣主要為殼源，是鈾、釷元素放射性衰變成因。

在氦氣的釋放機理方面，Ballentine和Burnard（2002）認為 , 氦氣可通過α輻射、擴散、裂隙和礦物重結(jié)晶而從源巖中釋放出來。由于U-Th-He定年的需要，氦氣通過α輻射和擴散從礦物中釋放的研究較為深入。

對氦氣運移、聚集和保存的研究重點多集中在運移通道、運移方式等宏觀方面，提出了一些概念模型，但缺乏深入系統(tǒng)的細節(jié)認識。Nikonov（1973）、Gold和Held（1987）、Broadhead（2005）認為，基底斷層和裂隙能使氦氣在垂向上運移和聚集；Ballentine和Burnard（2002）認為，由于地殼中氦氣低，氦氣不能單獨形成連續(xù)流體，因此氦氣的運移依靠巖石孔隙中的流體；Ballentine和Sherwood-Lollar（2002）認為，美國Hugoton-Panhandle氣田的氦氣是通過地下水而運移的；Brown（2010）認為，礦物產(chǎn)生的氦首先溶于孔隙水，當有載體氣經(jīng)過時，載體氣中氦氣分壓低，氦氣便會脫溶進入載體氣而隨其運移至氣藏。氦氣的運聚與其他地下流體（水、油、氣）的關系密切；氦氣向上逸散過程中，儲層與蓋層間通量差導致了氦氣的富集和保存（Sathaye等，2016）；李玉宏（2017，2022）提出殼源氦氣弱源成藏、異源同儲、多源富集理念，指出氦氣與烴類天然氣成藏的關聯(lián)性與差異性。

氦氣資源保障可以從多個方面開展工作，增加國內(nèi)氦氣產(chǎn)量是最重要的途徑。而尋找富（含）氦天然氣資源是氦氣工業(yè)生產(chǎn)的基礎，勘探是找到氦氣藏的關鍵環(huán)節(jié)。按照氦氣賦存規(guī)律尋找富氦氣藏是中長期提高我國氦氣資源保障水平的必然選擇。氦氣以微量組分賦存于天然氣中，但氦氣富集和天然氣（烴類）成藏機理存在差異，勘探方向不同，按照油氣勘探思路發(fā)現(xiàn)的天然氣田多數(shù)貧氦，能夠“偶遇”的富氦氣田極少。通過現(xiàn)有天然氣田含氦量篩查，形成不同類型和品位資源的有效利用方案是實現(xiàn)短期提升氦氣資源保障水平的現(xiàn)實應急途徑；而通過全國氦氣資源潛力評價，在評價的氦氣遠景區(qū)開展油氣新區(qū)氣、氦兼探，尋找資源品位高、易提取、高效益的富氦氣藏是提高我國中長期氦氣資源保障水平的主要方式。

目前針對富（含）氦天然氣富集規(guī)律的研究有限，勘探技術也不成熟?？晒I(yè)開發(fā)的氦氣資源賦存于以烴類、氮氣和二氧化碳等為主要成分的天然氣藏中，其中又以烴類天然氣為主。氦氣資源勘探基本上沿用了烴類天然氣的勘探技術方法，氦氣資源的地球物理、地球化學勘探方法尚處在探索階段，井下識別方法尚存在技術短板。目前自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局已經(jīng)開展了重力、磁法、電法識別方法技術和土壤地球化探勘探等氦氣勘探技術方法試驗，形成了一定的技術積累。氦氣隨鉆氣測錄井識別評價方法（地球化學方法）和測井識別評價方法（地球物理方法）等井下勘探技術尚處在探索試驗階段，在常規(guī)氣測錄井中增加氦氣錄井是氦氣隨鉆識別最為可行的方法。

氦氣主要通過天然氣開采得到，由于天然氣中氦氣含量非常低，需要進行專門的氦氣分離、提純工藝才能得到高純度的氦氣。目前，傳統(tǒng)氦氣分離提純技術主要有低溫分餾法、壓力摩爾篩法和膜分離法，等等。集成提氦方法有液化天然氣聯(lián)產(chǎn)、深冷-膜分離耦合，等等。當前，富氦天然氣和液化天然氣閃蒸氣是提氦的兩大來源。美國氦氣生產(chǎn)原料主要為富氦天然氣，卡塔爾則為液化天然氣閃蒸氣。

近年來，我國液化天然氣閃蒸氣提氦工作快速發(fā)展，成為現(xiàn)階段我國氦氣戰(zhàn)略資源保障的主要力量，以鄂爾多斯盆地為代表，已建成產(chǎn)能達百萬立方米級規(guī)模的提氦裝置。油氣公司也在積極推進天然氣提氦項目。

隨著氦氣的重要性得到關注，氦氣保障模式也愈加受到重視。氦氣的未來保障模式要從以下幾個方面進行考慮：

一是采取多種措施，提高氦氣資源利用率。例如，加強氦氣回收技術的研發(fā)和應用，減少氦氣的浪費和損失；采用先進的勘探技術和開采技術，提高氦氣的采收率；開發(fā)和應用替代品，減少對氦氣的需求，等等。

二是加強氦氣資源管理，以保障氦氣資源的可持續(xù)開發(fā)和利用。例如，制定完善的氦氣資源管理制度，規(guī)范氦氣資源開發(fā)和利用行為；加強氦氣資源調(diào)查和監(jiān)測，及時了解氦氣資源的變化情況；建立氦氣資源儲備體系，保證氦氣供應的穩(wěn)定性，等等。

三是加強國際合作。氦氣是一種全球性資源，其供需關系和市場價格都受到國際因素影響，因此，在氦氣資源保障模式中，國際合作也是至關重要的。各國可以在氦氣資源開發(fā)、利用和管理等方面開展合作，共同保障氦氣的穩(wěn)定供應。

四是推動氦氣產(chǎn)業(yè)升級，這也是未來氦氣保障模式的重要組成部分。可以通過加強技術創(chuàng)新和研發(fā)，推動氦氣產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化等方向發(fā)展；鼓勵企業(yè)進行技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，提高氦氣產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力，等等。

氦氣是一種重要的不可再生資源，隨著應用領域的擴大和需求的增長，氦氣的未來供應已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的關注焦點。氦氣的發(fā)現(xiàn)、用途、產(chǎn)量、供應情況、未來的保障模式、資源量與資源分布、富集機理、勘探方法、開發(fā)技術等方面的研究，對于我們更好地認識和利用氦氣資源具有重要的意義。當前，氦氣的供應量無法滿足其廣泛的應用需求。為了保障氦氣的可持續(xù)供應，近年來，國家加大了氦氣基礎研究投入，油氣企業(yè)加強了氦氣調(diào)查力度，發(fā)現(xiàn)了塔里木、柴達木、鄂爾多斯等多個氦氣新富集區(qū)。國外也出現(xiàn)了氦氣勘探熱，多家公司在美國西南部、加拿大薩斯喀徹溫省和艾伯塔省、坦桑尼亞、澳大利亞和南非等地從事氦氣勘探。

相信在全球的共同努力下，氦氣資源的開發(fā)和利用將會更加合理、高效和可持續(xù)，為人類社會的發(fā)展作出更大的貢獻。