گاز هلیوم

گاز هلیوم (He) بعد از هیدروژن سبک‌ترین و فراوان‌ترین عنصر جهان است ولی در کره زمین نسبتا نادر است. مقدار بسیار کمی از گاز هلیوم در جو زمین وجود دارد، به این دلیل که یک عنصر بسیار سبک است و جاذبه زمین قادر به نگه داشتن آن نیست. به طوری که بعد از آزاد شدن در سطح زمین بلافاصله شروع به بالا رفتن می‌کند تا در نهایت از جو زمین خارج می‌شود، به همین خاطر این گاز تجدید پذیر نیست.

گاز هلیومی که به طور تجاری تولید می‌شود از منابع زمینی به دست می‌آید. گاز هلیوم معمولا در برخی از منابع گاز طبیعی به اندازه‌ای وجود دارد(حدود ۷% حجمی) که استخراج آن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. شرکت‌هایی که در این مناطق حفاری می‌کنند، گاز طبیعی تولید کرده و گاز هلیم را نیز به عنوان یک محصول جانبی به دست می‌آورند.

گاز هلیوم موجود در گاز طبیعی از تجزیه رادیواکتیو اورانیوم و توریم به دست می‌آید. در حال حاضر آمریکا با تولید ۴۰% گاز هلیوم دنیا در منابع کلرادو، کانزاس، اوکلاهما و تگزاس اولین تولید کننده گاز هلیوم در دنیا است. هلیوم گازی تک اتمی، بدون رنگ، بو و مزه است و یکی از کم واکنش پذیرترین عناصر محسوب می‌شود. به دلیل جرم مولکولی نسبتا پایین، رسانش گرمایی و ظرفیت گرمایی بالایی دارد و سرعت صدا هم در آن بیشتر از هوا است. هلیوم مایع کمترین نقطه جوش (۲۶۸ درجه سانتی گراد) را در میان گازهای مختلف داراست، به همین دلیل سردترین ماده روی زمین است و به عنوان یک ماده برودتی در پزشکی کاربرد دارد.

کاربردهای گاز هلیوم
کاربرد پزشکی
• اولین و مهم‌ترین کاربرد گاز هلیم در دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) برای ارزیابی آسیب‌ها و تشخیص بیماری در پزشکی است. این دستگاه‌ها از یک میدان مغناطیسی بسیار قوی که توسط آهنرباهای ابررسانا تولید می‌شود استفاده می‌کند. این آهنرباها مقدار بسیار زیادی گرما تولید می‌کنند که با استفاده از هلیوم مایع خنک می‌شود. از آنجا که هلیوم مایع بعد از هیدروژن کمترین گرمای ویژه را در میان گازها دارد و همین‌طور پایین‌ترین نقطه ذوب و جوش را در میان سایر عناصر داراست، هیچ جایگزینی برای آن در این کاربرد بسیار مهم وجود ندارد.

کاربرد صنعتی
• کپسول گاز هلیوم به عنوان یک گاز محافظ و پوشش در فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی به کار می‌رود تا با جلوگیری از تماس اکسیژن از اکسید‌ شدن فلزات داغ و دیگر واکنش‌هایی که ممکن است در دمای بالا اتفاق بیفتد جلوگیری می‌کند.
• گاز هلیوم ویسکوزیته کم، ضریب نفوذ بالا و اتم بسیار کوچکی دارد و این ویژگی‌ها قابلیت پخش شدن آن را افزایش داده و برای تشخیص محل‌های نشتی در سیستم‌های فشار بالا و سیستم‌های خلا استفاده می‌شود. گاز هلیم بعد از نفوذ با استفاده از ابزارهای طیف سنج جرمی قابل شناسایی است.
• هلیم و گازهای بی‌اثر دیگر برای آماده سازی مخلوط تنفس برای غواصی در آب‌های عمیق و درمان‌های پزشکی استفاده می‌شوند. گاز هلیوم به دلیل بی‌اثر بودن و چگالی پایین در شرایط تنفس تحت فشار بسیار مفید است.
• گاز هلیوم یک گاز خنثی است. این ویژگی گاز هلیوم در مصارف تولید و تعمیر که نیاز به اتمسفر خنثی دارد مفید است. همچنین چگالی کم و هدایت حرارتی بالایی دارد که در فرایندهای متالورژیکی مثل رشد کریستال‌های کامل در بخارهای شیمیایی، تولید فیبرهای نوری و مصارف دیگر بسیار کاربردی است.

گاز هلیوم برای بادکنک
• گاز هلیوم بعد از گاز هیدروژن کمترین وزن اتمی را در میان عناصر دارد و چون سبک‌تر از هواست به عنوان یک گاز بالابر در کشتی‌های هوایی و بالن ‌های تبلیغاتی استفاده می‌شود. در این کاربرد گاز هلیوم از گاز مشابه دیگر مثل هیدروژن به دلیل قابل اشتعال نبودن بسیار ایمن‌تر است.
گاز هلیوم به عنوان یک گاز بالابر برای باد کردن و بالا بردن بادکنک‌ها در جشن‌های تولد کاربرد دارد که یکی از معمول ترین مصارف استفاده از کپسول هلیوم می باشد

نکات ایمنی گاز هلیوم
• اطمینان از سالم بودن کپسول هلیوم؛ شیرها، لوله ها و شلنگ های حاوی گاز هلیوم
به ویژه اگر کپسول هلیوم در محیط های بسته نگه داری می شود این نکته باید مدنظر قرار گیرد، زیرا در صورت نشت گاز هلیوم و کاهش غلظت اکسیژن در محیط امکان خفگی وجود دارد.
• تهویه مناسب محل نگه داری کپسول گاز هلیوم
• استفاده از دستکش و عینک هنگام استفاده از هلیوم مایع
در هنگام استفاده از هلیوم مایع حتما از دستکش و عینک استفاده نمایید. زیرا دمای بسیار پایین هلیوم مایع می تواند در صورت بی احتیاطی منجر به سوختگی سرد پوست شود.