گاز هلیوم و کاربرد آن

گاز هلیوم و کاربرد آن ،هلیوم برای دستیابی به دمای بسیار سرد مورد نیاز بسیاری از فناوریهای فعلی و نوظهور کاملاً ضروری است. کاربردهای سرمازا (درجه حرارت پایین) از هلیوم ناشی از این واقعیت است که هلیوم مایع دارای کمترین میزان جوش هر ماده ای از جمله هیدروژن است. هلیوم فقط در 4 K (-452 فارنهایت) جوش می آورد.

 در همین مقیاس ، هیدروژن در دمای 20 درجه جوش می یابد ، و در 4 K در حال حاضر یک جامد است. همه گازهای دیگر در دمای قابل ملاحظه ای بالاتر جوش می شوند. به عنوان مثال ، نیتروژن و اکسیژن به ترتیب در 77 K و 90 K جوش می آورند. از آنجا که فن آوری های مدرن اغلب به درجه حرارت بسیار کم نیاز دارند ، در سال های اخیر کاربردهای کریوژنیک هلیوم به طور پیوسته افزایش یافته و در حال حاضر بالغ بر 25٪ از کل استفاده است.

به ویژه ، هلیوم مایع تنها مایعات کرایوژنیک است که می تواند برای رسیدن به دمای پایین مورد نیاز برای الکترومغناطیس ابررسانا امروزی استفاده شود. آهنرباهای ابررسانا خنک شده در هلیوم در ابزار تشخیصی پزشکی به طور فزاینده ای که به MRI معروف است (تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی) بکار می روند.

 آهنرباهای ابررسانا همچنین یک ویژگی استاندارد از فیزیکدانان شتاب دهنده پرانرژی است که از آنها برای تحقیق در مورد ذرات بنیادی استفاده می شود ، و آهنرباهای ابررسانا در فن آوری حمل و نقل نوظهور معروف به MAGLEV مورد نیاز است . که در آن قطارها باید مغناطیسی از بالای مسیرهای خود جدا شوند و از این طریق این امر بسیار مجاز است. عملکرد سرعت بالا بدون از بین رفتن اصطکاک معمول.

خطوط انتقال نیرو ابررسانا یک فناوری بالقوه است که به مقادیر زیادی هلیوم نیاز دارد. چنین خطوط از اتلاف انرژی بیهوده در انتقال برق فعلی جلوگیری می کنند. اگرچه یک کلاس جدید غیر متعارف از ابررساناها در سال 1986 کشف شد ، به اصطلاح ابررساناها با دمای بالا که خصوصیات ابر رسانای خود را در دمای بسیار بالاتر از دمای 77 کیلوگرم نیتروژن مایع حفظ می کنند ، هنوز ساخت این ابررساناهای جدید در سیم ها امکان پذیر نیست. قادر به حمل جریان های بزرگ

ابررسانایی همچنین برای اتصالات به اصطلاح جوزفسون ضروری است .

که از آنها SQUID (وسایل تداخل کوانتومی ابررسانا) ساخته می شوند.SQUID ها می توانند تغییرات بسیار دقیق در جریانهای الکتریکی و یا میدانهای مغناطیسی را تشخیص دهند .

حتی نقشه برداری از فعالیتهای مغزی را نیز مجاز می دانند. اتصالات جوزفسون همچنین می تواند در دستگاه های سوئیچینگ میکرو الکترونیکی با سرعت بسیار زیاد برای ادغام احتمالی در رایانه های آینده مورد استفاده قرار گیرد.

علاوه بر این کاربردهای فناوری ، هلیوم مایع تقریباً در هر زمینه ای از تحقیقات آزمایشگاهی مدرن و در نتیجه فن آوری های آینده یک مایع کریوژنیک ضروری است. در واقع ، این تحقیقات اساسی در مورد خواص غیرمعمول ماده در دمای هلیوم مایع بود که منجر به کاربردهای فناوری ابررسانایی شد.

 هلیوم همچنین برای خنک کردن مادون قرمز و سایر آشکارسازها (به عنوان مثال در تلسکوپ های مدرن) در دماهای بسیار پایین برای کاهش نویز پس زمینه استفاده می شود و امکان شناسایی سیگنال های بسیار ضعیف را نیز می دهد. پمپاژ کرایوژنیک در دمای هلیوم مایع ، خلاءهای بسیار بالایی را ایجاد می کند که اغلب در تحقیقات مورد نیاز است.

جدا از کاربردهای رمزنگاری شده ، کاربردهای مرسوم دیگری نیز برای هلیوم وجود دارد. دومین گاز سبک (پس از هیدروژن) ، از نظر شیمیایی نیز بی اثر است.

و این باعث می شود که در مقایسه با هیدروژن “بنزین بلند” بی خطر باشد .اما کمتر از 10٪ از مصرف فعلی هلیوم برای بلند کردن است. هلیوم همچنین برای ایجاد یک محیط بی اثر برای جلوگیری از اکسیداسیون یا خوردگی در جوشکاری استفاده می شود که حدود 25٪ از کل مصرف هلیوم را تشکیل می دهد

. سایر کاربردها شامل اتمسفرهای بی اثر برای تکنیک های پیشرفته ساخت مانند رشد کریستال نیمه هادی و تولید فیبر نوری (حدود 12٪) ، تصفیه مخازن بزرگ مانند مخازن سوخت ناسا (23٪) ، تشخیص نشت در سیستم های درزگیر (2٪) ، و برنامه های کاربردی پزشکی (2٪ دیگر)

منابع هلیوم

لوازم هلیوم محدود و غیر قابل تعویض هستند. اگرچه جو حاوی بخش وسیعی از هلیوم جهان است ، یعنی حدود 700000 میلیارد فوت مکعب (BCF) ، اما در آن غلظت کمی (1.0005٪) است که هزینه انرژی برای بازیابی آن منع کننده است. هلیوم باقیمانده ، در حدود 1120 BCF ، بخشی از مزارع گاز طبیعی (متان) است. از میان این میادین ، ​​هلیوم از مناطق به اصطلاح “غنی از هلیوم” قابل بازیافت است .

به عنوان مزارع حاوی بیش از 0.3٪ هلیوم تعریف می شود. مزارع غنی از هلیوم فقط در ایالات متحده و به میزان کمی در کانادا یافت می شوند. حدود 85٪ منابع غنی از هلیوم آمریکا در مزارع وسیع هوگوتون و پانhandle که قسمتهایی از کانزاس ، اوکلاهوما و تگزاس را پوشش می دهد و در مزارع رایلی ریج در جنوب غربی وایومینگ است.