液氦

液氢是氦气在极低温度和标准大气压下的一种物理状态。 液氦可能表现出超流动性。

在标准压力下，化学元素氦仅在 −269 °C（−452.20 °F；4.15 K）的极低温度下以液态形式存在。 它的沸点和临界点取决于存在的氦同位素：普通同位素氦 4 或稀有同位素氦 3。 这是氦的仅有的两种稳定同位素。 这些物理量的值见下表。 液态氦 4 在其沸点和一个大气压（101.3 千帕）的压力下的密度约为 125 克/升（0.125 克/毫升），或约为液态水密度的八分之一。

1908 年 7 月 10 日，荷兰莱顿大学的荷兰物理学家 Heike Kamerlingh Onnes 首次将氦气液化。 那时，由于质谱仪尚未发明，氦 3 还不为人知。 近几十年来，液氦已被用作低温制冷剂（用于低温冷却器），商业生产的液氦用于超导磁体，例如用于磁共振成像 (MRI)、核磁共振 (NMR) 的超导磁体 )、脑磁图 (MEG) 和物理学实验，例如低温穆斯堡尔光谱学。 大型强子对撞机包含用 120 吨液氦冷却的超导磁体。

氦 3 原子是费米子，在非常低的温度下，它们形成双原子库珀对，它们是玻色子并凝聚成超流体。 这些库珀对远大于原子间距。

由于氦原子之间的吸引力较弱，因此产生液态氦所需的温度很低。 氦中的这些原子间作用力一开始就很弱，因为氦是一种惰性气体，但原子间的吸引力因量子力学的影响而减少得更多。 这些在氦中很重要，因为它的原子质量很低，只有大约四个原子质量单位。 如果液氦的原子较少受到其邻居的限制，则液氦的零点能量较小。 因此，在液氦中，其基态能量会随着其平均原子间距离的自然增加而降低。 然而，在更远的距离处，氦中原子间作用力的影响甚至更弱。

由于氦中的原子间作用力非常弱，该元素在大气压下从液化点到xxx零一直保持液态。 在低于液化点的温度下，氦 4 和氦 3 都会转变为超流体。 （见下表。） 液氢只能在非常低的温度和高压下凝固。

液氢-4 和稀有的氦-3 并不完全混溶。 在饱和蒸气压低于 0.9 开尔文时，两种同位素的混合物发生相分离，变成普通流体（主要是氦 3），漂浮在密度更大的超流体（主要由氦 4 组成）上。 发生这种相分离是因为液态氦的总质量可以通过分离降低其热力学焓。

在极低的温度下，富含氦 4 的超流相在溶液中最多可含有 6% 的氦 3。 这使得稀释制冷机的小规模使用成为可能，它能够达到几毫开尔文的温度。

超流氦 4 具有与普通液氦截然不同的特性。

1908年，荷兰物理学家Kamerlingh-Onnes成功地液化了少量的氦气。 1923 年，他向加拿大物理学家约翰·坎宁安·麦克伦南 (John Cunningham McLennan) 提供建议，后者率先几乎按需大量生产液氦。