گاز هلیوم چیست و چه کاربردهایی دارد؟

مقدمه

هلیوم (He) یکی از مهم‌ترین عناصر شیمیایی در جهان است که به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد، کاربردهای گسترده‌ای دارد. این گاز که بعد از هیدروژن، دومین عنصر فراوان در کیهان است، در جو زمین به مقدار کمی یافت می‌شود و معمولاً از گاز طبیعی استخراج می‌گردد.

ویژگی‌های گاز هلیوم

• بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه
• سبک‌تر از هوا
• غیرقابل اشتعال و واکنش‌ناپذیر
• دارای پایین‌ترین نقطه جوش در میان عناصر (-۲۶۸.۹۳ درجه سانتی‌گراد)

منابع و تولید هلیوم

هلیوم به‌طور طبیعی در اعماق زمین، همراه با گاز طبیعی وجود دارد. این گاز طی میلیون‌ها سال از طریق فرآیند واپاشی هسته‌ای عناصر سنگین مانند اورانیوم و توریم تشکیل می‌شود. برای استخراج هلیوم، گاز طبیعی طی فرآیندی ویژه تصفیه و مایع‌سازی می‌شود تا اجزای مختلف آن از جمله هلیوم جداسازی شوند.

کاربردهای گاز هلیوم

۱. صنعت پزشکی

• MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی): هلیوم مایع برای خنک کردن آهنرباهای ابررسانا در دستگاه‌های MRI استفاده می‌شود.
• تنفس در اعماق دریا: در ترکیب با اکسیژن برای جلوگیری از تأثیرات منفی نیتروژن در غواصی عمیق استفاده می‌شود.

۲. هوافضا و هوانوردی

• بالن‌ها و کشتی‌های هوایی: هلیوم به دلیل سبک بودن و غیرقابل اشتعال بودن، جایگزین ایمن‌تری برای هیدروژن در بالن‌ها و کشتی‌های هوایی است.
• سوخت موشک‌ها: برای خنک‌سازی و ایجاد فشار در مخازن سوخت موشک‌های فضایی به کار می‌رود.

۳. صنعت جوشکاری و برش فلزات

• محافظت از فلزات: در جوشکاری قوس الکتریکی برای جلوگیری از اکسیداسیون و افزایش کیفیت جوش استفاده می‌شود.

۴. تحقیقات علمی و فیزیک کوانتومی

• ابررسانایی: هلیوم مایع به دلیل دمای بسیار پایین خود در آزمایش‌های مربوط به ابررساناها و تحقیقات فیزیک کوانتومی نقش کلیدی دارد.

۵. کاربردهای تفریحی و صنعتی

• گاز بادکنک‌ها: به دلیل سبک بودن و بی‌خطر بودن، در پر کردن بادکنک‌های جشن و تزئینی استفاده می‌شود.
• سیستم‌های خنک‌کننده: در برخی صنایع پیشرفته به‌عنوان ماده خنک‌کننده استفاده می‌شود.

مزایا و معایب استفاده از هلیوم

 مزایا:

• واکنش‌ناپذیر و ایمن
• غیرقابل اشتعال
• سبک‌تر از هوا

 معایب:

• منابع محدود و هزینه بالای استخراج
• فرار بودن از جو زمین، که باعث کمبود ذخایر آن می‌شود

نتیجه‌گیری

گاز هلیوم یکی از مهم‌ترین عناصر در دنیای صنعت، پزشکی و علم است که به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود در زمینه‌های مختلف کاربرد دارد. با توجه به محدودیت منابع آن، استفاده بهینه از هلیوم و یافتن جایگزین‌های مناسب برای آن اهمیت زیادی دارد.