Helium cover

گاز هلیم

خصوصیات کلی:

هلیم (Helium) با نشان شیمیایی He یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲ و وزن اتمی ۴٫۰۰۲۶۰۲ است. این عنصر، بی بو، بی رنگ، بی مزه، غیرسمی، از دیدگاه شیمیایی بی اثر و تک اتمی است که در جدول تناوبی استاندارد در بالای گروه گازهای نجیب جا دارد. دمای ذوب و جوش این ماده در میان دیگر عنصرها بسیار پایین است به همین دلیل در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به شکل گازی است مگر اینکه در شرایط بسیار ویژه‌ حالت آن را از گاز به مایع تبدیل کرد.

هلیم پس از هیدروژن دومین عنصر سبک جهان است و از لحاظ فراوانی هم باز بعد از هیدروژن در جایگاه دوم قرار می‌گیرد. نزدیک به ۲۴٪ از جرم گیتی از آن این عنصر است که این مقدار بیش از ۱۲ برابر ترکیب تمام عنصرهای سنگین است. هلیم به همان صورت که در خورشید و مشتری وجود دارد در دیگر نقاط هستی نیز یافت می شود.

تاریخچه:

واژه ی هلیم از واژه ی یونانی هلیوس به معنای «ایزد خورشید» گرفته شده‌است. زمانی که هنوز هلیم شناخته نشده بود، ستاره شناس فرانسوی ژول ژانسن در زمان خورشیدگرفتگی سال ۱۸۶۸ برای نخستین بار در طیف‌سنجی نور خورشید، خط زرد طیفی هلیم را مشاهده کرد; بدین منظور، هنگامی که از نخستین کسانی که هلیم را شناسایی کردند یاد می‌شود نام ژول ژانسن در کنار نام نورمن لاکیر نیز جای می‌گیرد.

441409

نحوه تولید:

درصد حجمی هلیم در هوا حدودا 0/00052% است بنابر این به دلیل درصد کم، برای تولید آن نمی توان از روش های جدا سازی اجزای هوا استفاده کرد. درصد حجمی این گاز در گاز طبیعی حدود 7 درصد است که با روش های جداسازی و با تکنولوژی های خاص این گاز را از گاز طبیعی استخراج می کنند. در حال حاضر ایران از لحاظ منابع گاز طبیعی مقام اول را در جهان دارد و می توان گفت دارنده بیشترین ذخایر هلیم در جهان است اما متاسفانه بدلیل نداشتن تکنولوژی تولید آن ایران واردکننده هلیم است.

کاربردها:

به دلیل واکنش پذیر نبودن هلیم، دمای میعان بسیار پایین، رسانایی بسیار بالا، چگالی کم و… این گاز نقش بسیار مهمی در صنایع مختلف بازی می کند. می توان گفت بیشترین استفاده هلیم به عنوان ماده سرد کننده است.

پزشکی:

هلیم مایع سرد ترین ماده روی کره زمین است (منفی 269 درجه سانتی گراد) به همین دلیل تنها ماده سرد کننده ای است که میتوان از آن در صنایع ابر رسانا استفاده کرد. بنابراین یکی از بیشترین استفاده های هلیم مایع در دستگاه های MRI است.

جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی:

هلیم، در فرایند جوشکاری با قوس الکتریکی بر روی موادی که در دمای جوشکاری در اثر تماس با هوا یا نیتروژن دچار آسیب می‌شوند به عنوان لایه محافظ یا پوشش عمل می‌کند. گازهای گوناگونی در جوشکاری با قوس الکتریکی به عنوان گاز محافظ به کار می‌روند که هلیم به جای آرگون ارزان، بویژه برای موادی که رسانش گرمایی بالاتری دارند مانند آلومینیم و مس بکار می‌رود.

تشخیص محل نشت:

یک کاربرد صنعتی هلیم، تشخیص محل نشت است. چون هلیم توان پخش شدن بسیار خوبی از میانه ی بدنه ی جامدات دارد و نیز سه بار سریعتر از هوا به داخل جامدات نفوذ می کند بدین منظور به عنوان گازی که می‌تواند محل نشت را ردیابی کند، بکار می‌رود. برای نمونه می توان از مخزن‌های فشارهای بالا یا ابزارهای سردکننده یاد کرد. برای تشخیص جای نشت یک ابزار، آن را درون یک محفظه که در ابتدا کاملاً خلا شده و سپس از هلیم پر شده، قرار می دهند. هلیمی که از محل‌های نشت عبور کرده را با کمک ابزار طیف سنجی جرمی هلیم شناسایی می‌کنند. این ابزار بسیار دقیق است و دقت آن به ۱۰−۹ (mbar·L/s) یا ۱۰−۱۰ (Pa·m3/s) هم می‌رسد. این فرایند اندازه گیری معمولاً به صورت خودکار انجام می‌شود و در اصطلاح به آن helium integral test می گویند. یک فرایند ساده تر شناسایی نشت، پر کردن وسیله ی مورد نظر از هلیم است. برای این کار پس از پر کردن وسیله مورد تست با هلیم، باید با ابزارهای دستی محل نشت را جستجو کرد.

هلیمی که از ترک‌های یک وسیله عبور می کند را نباید با نفوذ گاز از بدنه ی ماده اشتباه گرفت. ثابت نفوذ هلیم از بدنه ی مواد (شیشه، سرامیک و مواد آزمایشگاهی)، مشخص است و ضریب گذر آن قابل محاسبه‌است. البته بیشتر گازهای بی اثر مانند گازهای نجیب و نیتروژن و البته هلیم، از بدنه ی بیشتر مواد نمی‌توانند عبور کنند.

پرواز:

از آنجاییکه هلیم از هوا سبکتر است (نزدیک به ۷ درصد شناوری بیشتری دارد)، از این گاز در کشتی‌های هوایی و بالون‌ها استفاده می کنند. همچنین ویژگی‌هایی چون آتشگیر نبودن و به تاخیر انداختن آتش باعث سازگاری بیشتری هلیم برای چنین کاربردهایی است. با اینکه کاربرد هلیم در بالون‌ها بسیار شناخته‌ شده است اما این نوع کاربرد تنها بخش کوچکی از کاربردهای این گاز است. کاربرد دیگر هلیم در موشک‌های فضاپیما است. فضای خالی بالای محلی که سوخت موشک قرار دارد بوسیله هلیم پر می‌شود؛ این کار این امکان را فراهم می سازد که هم جابجایی سوخت و اکسیدکننده‌ها آسان تر شود و هم بتوان با آن هیدروژن و اکسیژن را فشرده کرد تا سوخت موشک بدست آید. همچنین برای زدودن سوخت و اکسیدکننده‌ها از ابزارهای پیش از پرواز و پیش خنک کردن هیدروژن مایع در فضاپیما به هلیم نیاز است. برای نمونه موشک ساترن ۵ در برنامه ی فضایی آپولو پیش از پرتاب به 370,000 m۳ هلیم نیاز داشت.

ایمنی:

گاز هلیم غیر سمی بوده و اشتعال ناپذیر است. همچنین گاز هلیم اکسید کننده نیست. هلیم در غلظت های بالا جایگزین هوا شده و باعث خفگی می شود. هلیم از هوا سبک تر بوده به همین دلیل سرعت صوت در هلیم بیشتر می شود. هیچگاه هلیم را به طور مستقیم تنقس نکنید چون جایگزین هوا در تارهای صوتی شده و باعث تغییر در صدا می شود.

رنگ سیلندر گاز هلیم به رنگ قهوه ای می باشد.