Почему так важен Гелий?

Благородный газ гелий был открыт 150 лет назад 18 августа 1868 года французским астрономом Жюлем Янссеном во время полного солнечного затмения. Газ назван гелием в честь солнца (Солнце — Гелиос), поскольку на Земле гелий обнаружить не удавалось.

Но сегодня гелий стал одним из современных аналитических инструментов: он используется в различных дисциплинах, от медицины до астрофизики, не говоря уже о сотовых телефонах, которые мы носим с собой (без гелия сотовые телефоны были бы невозможны). Благодаря гелию проводятся исследования и делаются научные открытия. Гелий участвует во многих производственных процессах. Некоторые отрасли зависят от обильных поставок гелия.

Уникальные физические свойства гелия

Несколько лет назад появились первые сообщения о нехватке гелия. Этот кризис заслуживает вашего внимания.
На планете Земля не слишком много гелия: всего несколько частей на миллион. Проблема в том, что ядро ​​гелия настолько светлое, что гравитация нашей Земли не может его удержать. Как только гелий входит в нашу атмосферу, он тут же убегает в вакуум космического пространства: подхваченный солнечным ветром, гелий оказывается потерянным для Земли.

Гелий второй самый лёгкий элемент, после газообразного водорода, и самый распространенный элемент во Вселенной.
Несмотря на эту непрерывную потерю гелия с Земли, запасы гелия на Земле были довольно многочисленными до недавнего времени. Большая часть запасов гелия, которые мы имеем на Земле, сформированы в результате Большого взрыва. Радиоактивные элементы, такие как уран и торий, распадаются на более мелкие частицы (очень маленькие альфа-частицы). Эти частицы представляют собой атомы гелия. Они лишены электронов. Эти голые атомы гелия энергичны и сильно заряжены. Когда элемент расщепляется на новые дочерние компоненты и высвобождается энергия, это называется распадом радиоактивных элементов — тот самый процесс, который пополняет запасы гелия, который потом теряется в атмосфере.

Почему так важен Гелий?

Обогащение неочищенного гелия — газовое месторождение Клиффайд, Амарилло, штат Техас

Гелий попадает в различные минералы и собирается в больших естественных газовых резервуарах, из которых он добывается, например, в Национальном гелиевом заповеднике в Техасе. Однако естественный процесс занимает тысячи лет. Необходимо генерировать достаточное количество доступного гелия, чтобы использовать его на коммерческой основе.

Почему нам нужен гелий

Для гелия нет замены. С ядерной массой 4 (два протона и два нейтрона), гелий — очень стабильный элемент. Некоторые из самых важных свойств гелия заключаются в том, что он химически инертен и нереактивен. Гелий является негорючим, нетипичным газом. Но, что самое важное, он кипит при температуре 4,2 Кельвина или минус 268 градусов Цельсия, что близко к абсолютному нулю во вселенной. Ни один другой элемент не может оставаться жидкостью при этих температурах. В настоящее время просто не существует материала подобного гелию, обладающего его уникальными свойствами.

Почему так важен Гелий?

Во многих промышленных применениях не существует замены гелию. Жизненно важен гелий в аэрокосмических и оборонных технологиях, высокотехнологичном производстве, испытаниях ракетных двигателей, сварке, коммерческом погружении, в магнитах и ускорителях частиц, производстве волоконно-оптических кабелей и полупроводниковых чипов. Но самое большое использование гелия происходит в медицинской индустрии, в частности в магнитно-резонансной томографии (МРТ), в высококачественной аналитике материалов, в очень высоких магнитных полях для создания ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектроскопических измерениях. Эти поля не будут генерироваться без сверхнизкой температуры кипения жидкого гелия. Там, где используются сверхпроводящие материалы, которые стабильны при 4,2 К, нужен гелий.

Когда катушка проволоки наматывается на специальный сверхпроводящий материал, а затем охлаждается до 4,2 К в жидком гелии, выполняется критическое температурное условие, и в катушку можно закачивать очень большие токи. Наибольшее стабильное магнитное поле, созданное до настоящего времени, представляет собой гибрид, 45 Тесла, или 450 000 гауссовых, так называемых Горьких сверхпроводящих магнитов, расположенных в Национальной лаборатории высокого магнитного поля США в Университете Флориды. Этот магнит создает магнитное поле, которое в 1,5 миллиона раз больше, чем магнитное поле Земли.

К счастью, мы научились лучше использовать наши оставшиеся запасы гелия, и постоянно находим новые резервуары гелия, мы учимся перерабатывать газ гелия с минимальной его потерей в космосе. И всё же, нам нужно находить всё больше источников этого драгоценного ресурса.