氦在空气中的含量只有5.24ppm。天然气中的含氦量要丰富得多，国外（如美国）有的气田气中氦的最高量可达8%，但多数气田气的氦含量都在1%以下。目前世界氦生产量的94%是从天然气中提取。

　　从天然气分离出的氦，其中3He的含量约占1/107；从空气分离中提取的氦，其中的含量比前述约大10倍，但也只占1/106。因此，通常情况下讲到氦时实指而言。

　　氦是一种无色、无味的气体，化学性质极其稳定，一般情况下不与任何元素化合。氦具有很低的临界温度，是自然界中最难液化的气体；氦的转化温度也很低，的最高转化温度约为46K，约为39K，在所有的气体中，氦的沸点最低，的标准沸点是4.224K，是3.191K。在具有高比热容、高热导率及低密度方面，氦气仅次于氢。由于氦的这些热物性，加之它不活泼的惰性，所以氦是一种极好的低温制冷剂。

　　在我们所知的气体中，唯有氦气（和）在压力低于2500Kpa、温度降低到接近绝对零度时仍保持液态，这种异常现象同它具有大的零点能有关。例如的零点能超过其蒸发热的2倍。

　　普通的液氦（）是一种容易流动的无色液体，表面张力极小，它的折射率（1.02）和气体差不多，因此氦液面不易看见。

　　液氦的气化潜热比其它液化气体小得多，在标准大气压下的气化潜热为20.8kJ/kg，为8.5kJ/kg。因此，仅仅利用液氦气化的冷量是很不经济的。由于液氦极易气化，故需要绝热良好的容器来储存。、

　　氦的两种同位素的相平衡特性是不相同的，它们的相图如图8－1和图8－2所示。图上各特性点列于表8－6中。两图中的虚线（即b＝0的线）将体积膨胀温度系数b分隔成正值（b>0）和负值（b<0）两个区域，在b>0的区域液氦加热时体积膨胀，b<0的区域加热时体积收缩。

　　由图8－1可见，相图在形式上与已知的任何其它的物质在许多方面都不相同。首先，如前面提到的，温度降近绝对零度，液态在其本身的蒸气压力下也不凝固。没有升华平衡曲线，其固态和气态之间隔着很宽的液态区，这意味着在任何情况下固态和气态都不可能共处于平衡状态，所以没有三种聚集态共存的三相点。另一独特的特性是存在两个性质显著不同的液相：液氦I（He I）和液氦II（He II）。将两个液相分开的过渡曲线称为线。在线右边，氦是象任何液体一样的正常状态（有粘性），称为He I；在线左边，氦是一种性质独特的具有超流动性的液体，称为He II。线与沸腾曲线的交点称为点，其温度为2.172K，压力为5.036kPa。当压力增大时，点向温度降低的方向移动，形成了线。线与熔化曲线相交于'点，该点温度为1.763K，压力为3013.4kPa。这样，相图的液态区被线分成He I和He II两个区域。从He I变化到He II称为转变（或相变）。

图8－1 的相图

图8－2 的相图
表8－6 和相图上的特性点

　　在点温度下呈现的两种不同液相的转变是一种高阶相变。转变时没有潜热的放出或吸收；比体积和比熵值没有变化。在点附近，密度曲线具有平稳的峰值，而无急剧的变化（见图8－3），但伴随有液氦（）比热容的突变（见图8－4）。

图8－3 沿两相区边界曲线与密度的变化 图8－4 及饱和液体比热容与T/Tcr的关系

　　He II具有其它液体所没有的特性，即超流性。He II可看作是具有正常粘度的正常流体和粘度为零的超流体的混合物。正常流体与超流体的比例决定于温度，如图7－5所示。图中是正常流体的密度，是超流体的密度，是He II的密度。在点上，全部流体都是正常态的，；而在0K时，全部流体都是超流体，。超流体实际上没有粘度，所以He II的总粘度随温度降低而减少。超流体可以无阻碍地通过极细的狭缝和小孔；并在和任何固体表面接触时形成一层薄膜（其厚度约为2×105mm），此液膜能够相当快地蠕动到整个固体表面。He II这种蠕动薄膜现象造成用抽真空方法难于使液氦（）达到很低的压力，负压气化所能获得的温度极限不低于0.5K。此外，He II还具有喷泉效应（或称热－机械效应）、传递热波（即第二声波）以及在He II和固体表面间存在着额外的界面热阻（卡皮查热阻）等异常特性。

　　氦凝固时变成一种无色透明的柔软结晶，这时液相和固相之间几乎看不到分界面。无论固态和固态，都存在三种结晶异形体：细密排列六角形结晶（HP），面心立方（FCC）与体心立方（BCC）结晶。在通常条件下，固态具有HP晶格，但在高温高压时就变成了FCC晶格结构。而在一个很狭窄的温度、压力范围内却具有BCC晶体结构。

图8－5 He II中正常流体和超流体密度比值与温度的关系

　　由图8－2可见，的液相可一直延伸到绝对零度。压力低于2.93×103kPa时，无论怎样冷却都不会凝固；也不存在三相点。最近已发现在大约0.003K时存在l相变。的溶解曲线具有反常的特性，当温度低于0.32K时，的固－液相平衡系统的温度随压力增加而降低，其溶解曲线的斜率变为负值。根据溶解曲线的这一特异形状，构成了绝热凝固制冷的基础。同相比，沸点低、蒸气压高，在0.003K以上温度不显示超流动性，因此在同样的条件下减压，液体能获得更低温度（约0.2K）。固态在通常情况为BCC晶格，在压力较高时为HP晶格，进一步增高压力和温度则变成FCC晶格结构。

　在空气中的含量只有5.24ppm。天然气中的含氦量要丰富得多。氦具有很低的临界温度，是自然界中最难液化的气体；氦的转化温度也很低4He的最高转化温度约为46K，3He约为39K，在所有的气体中，氦的沸点最低，4He的标准沸点是4.224K，3 He是3.191K。

　液氦的气化潜热比其它液化气体小得多，在标准大气压下4He的气化潜热为20.8kJ/kg，3He为8.5kJ/kg。因此，仅仅利用液氦气化的冷量是很不经济的。由于液氦极易气化，故需要绝热良好的容器来储存。