Гелий

ПРОДУКЦИЯ

Helium

Гелий – химический элемент с символом He и атомным номером 2. Это первый элемент в группе благородных (инертных) газов в периодической таблице; бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный, инертный одноатомный газ. Гелий имеет самые низкие температуры кипения и плавления среди всех химических элементов и, за исключением экстремальных условий, существует только в виде газа.

Гелий – второй по легкости химический элемент и второй по распространенности во Вселенной, составляя около 24% от общей элементной массы Вселенной, что более чем в 12 раз превышает суммарную массу всех более тяжелых элементов. Его распространенность во Вселенной сопоставима с его содержанием на Солнце и Юпитере. Это связано с очень высокой энергией связи на нуклон у гелия-4 по сравнению со следующими тремя элементами в периодической таблице. Эта высокая энергия связи гелия-4 обусловливает его образование как в процессах ядерного синтеза, так и при радиоактивном распаде. Большая часть гелия во Вселенной представлена изотопом гелий-4, и считается, что он образовался во время Большого взрыва. Значительные количества нового гелия постоянно образуются в звездах в результате термоядерного синтеза водорода.

Гелий используется в криогенике (это его самое крупное единичное применение, потребляющее около четверти всего производимого гелия), в частности, для охлаждения сверхпроводящих магнитов, что является ключевым для магнитно-резонансной томографии (МРТ). Другие промышленные применения гелия, на которые приходится около половины производимого газа, включают: использование в качестве газа для создания давления и продувки систем, в качестве защитной атмосферы при дуговой сварке, а также в таких процессах, как выращивание кристаллов (например, для производства кремниевых пластин). Хорошо известное, но менее значительное по объемам применение гелия – использование в качестве подъемного газа в воздушных шарах и дирижаблях. Как и другие газы, плотность которых отличается от плотности воздуха, вдыхание гелия вызывает временное изменение тембра и высоты голоса у людей. В научных исследованиях поведение двух жидких фаз гелия-4 (гелий I и гелий II) имеет важное значение для ученых, изучающих квантовую механику (в частности, явление сверхтекучести гелия II), а также для тех, кто исследует такие феномены, как сверхпроводимость (достигаемую при охлаждении материалов жидким гелием до температур, близких к абсолютному нулю).

Хотя наполнение воздушных шаров гелием является его самым известным применением, эта область составляет незначительную часть от общего потребления гелия. Гелий используется для многих целей, требующих некоторых из его уникальных свойств, таких как низкая температура кипения, низкая плотность, низкая растворимость, высокая теплопроводность или инертность. В 2008 году из примерно 32 миллионов кг (193 миллиона кубических метров) гелия, произведенного в мире, около 22% было использовано в криогенике, в основном для охлаждения сверхпроводящих магнитов в сканерах магнитно-резонансной томографии (МРТ). Другими основными областями применения (в 1996 году составлявшими в сумме около 60%) являются системы для создания давления и продувки, создание контролируемой атмосферы, сварка и обнаружение утечек. Остальные области применения по категориям относительно невелики.

Благодаря своей инертности, гелий используется при выращивании кристаллов кремния и германия, в производстве титана и циркония, а также в качестве газа-носителя в газовой хроматографии. Благодаря своей инертности, термическим свойствам (близости к идеальному газу), высокой скорости звука и высокому показателю адиабаты (отношению теплоемкостей), гелий также подходит для использования в сверхзвуковых аэродинамических трубах и импульсных установках.

При электродуговой сварке гелий играет роль защитного газа для материалов, которые загрязняются или охрупчиваются (теряют свои свойства) при контакте с воздухом или азотом. Ряд инертных защитных газов используется при дуговой сварке вольфрамовым электродом в среде защитного газа (TIG), но гелий применяется вместо более дешевого аргона, особенно для сварки материалов с высокой теплопроводностью, таких как алюминий или медь.