کاربردهای گاز هلیم در صنعت و شیمی

هليم يک گاز بي‌اثر، بي‌رنگ و بي‌بوست. اين گاز داراي خصوصيات ويژه‌اي است؛ به همين جهت کاربرد‌هاي بسياري دارد. هليم سبک‌ترين گاز پس از هيدروژن است، ولي برخلاف هيدروژن غيرقابل اشتعال است.بسياري از گازها را مي‌توان در آزمايشگاه تهيّه کرد؛ ولي برخي از آنها را فقط در طبيعت مي‌توان يافت. يکي از اين گازها، هليم است.
گاز هليم در سال 1868 ميلادي به طور مستقل توسط «جوزف نرمان لاکر»، دانشمند انگليسي، و «پي‌يرجانسن»، شيميدان فرانسوي، کشف شد. اين دو دانشمند هنگامي که طيف خورشيد را براي پيدا کردن عناصر موجود در اين ستاره بررسي مي‌کردند، متوجّه وجود خطوطي در طيف شدند. اين خطوط نشان‌دهنده وجود عنصري جديد در خورشيد بود. آنها اين عنصر جديد را هليم ناميدند.

کروماتوگرافی گازی:
گاز هلیوم به عنوان گاز حامل و گاز پاکسازی در کروماتوگرافی گازی به کار می‌رود، زیرا هلیوم از نظر شیمیایی بی‌اثر است ودرجه خلوص بالایی دارد. کروماتوگرافی مجموعه‌ای از اصطلاحاتی است که برای تکنیک‌های آزمایشگاهی برای جداسازی مخلوط استفاده می‌شود. کروماتوگرافی به طور گستره برای تحلیل کیفی و کمی در آزامایشگاه‌ها و فرآیندها به کار می‌رود. گاز هلیوم به عنوان حامل می‌تواند با نیتروژن یا هیدروژن جایگزین شود.
تولید مواد نیمه‌هادی:
هلیوم به عنوان گاز محافظتی استفاده می‌شود و به خاطر بی‌اثر بودن شیمیایی بسیار ترجیح داده می‌شود، هلیوم به عنوان گاز خنک‌کننده استفاده می‌شود زیرا هدایت گرمایی و گرمای ویژه بسیار بالایی در تولید مواد نیمه هادی دارد. به عنوان مثال، هلیوم به عنوان آستر در میله‌های تولید صفحات نمایش LCD استفاده می‌شود. در مثالی دیگر، در طول فرآیند پردازش چیپ‌های نیمه‌هادی، هلیوم برای مقابله با سرخ‌شدگی مخازن استفاده می‌شود. به علاوه، هلیوم در زمان رشد بلورهای سیلیکون و ژرمانیم، به عنوان گاز محافظ و خنک‌کننده استفاده می‌شود. هلیوم بسته به کاربردش می‌تواند با آرگون یا هیدروژن یا نیتروژن جایگزین شود.
تولید فیبر نوری:
هلیوم به عنوان خنک‌کننده در طول فرآیند تولید کابل فیبر نوری استفاده می‌شود، زیرا هدایت حرارتی و گرمای ویژه بسیار بالایی دارد. دمای پایین و بی‌اثری هلیوم مایع آن را گزینه‌ای ایده‌آل برای سردسازی سریع رشته‌های سلیسی در لوله خنک‌کننده تبدیل کرده است، که به صورت فیبرهای شیشه‌ای از شمش شیشه‌ای تا مکان عمل کشیده شدند. هلیوم به عنوان محیط خنک‌کننده می‌تواند با استفاده از هیدروژن یا نیتروژن جایگزین شود.
رسانه انتقال گرما در راکتورهای هسته‌ای:
هلیوم به عنوان رسانه انتقال گرما در نسل جدید راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود. هلیوم چند مزیت به عنوان رسانه انتقال گرما دارد. هلیوم گرمای ویژه و رسانایی گرمایی بسیار بالایی دارد، بنابراین، یکی از کارآمدترین گازهای انتقال‌دهنده گرماست. به علاوه، هلیوم منجر به فرسایش نشده و از نظر رادیولوژیکی بی‌اثر است(ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ندارد). حالت کلی هلیوم تغییر نمی‌کند و روی عامل ضریب نوترون تاثیری نمی‌گذارد. نیروگاه‌های هسته‌ای که از هلیوم به عنوان رسانه انتقال گرما استفاده می‌کنند، دارای کارآیی بالاتر و دمای عملیاتی بالاتری هستند. هلیوم به عنوان رسانای انتقال گرما می‌تواند با نیتروژن جایگزین شود.
مخلوط تنفس:
هلیوم در غواصی در آب‌های عمیق در عمق بیش از 30متر استفاده می‌شود، زیرا حلالیت بسیار کمی در آب و خون دارد. مخلوط تنفس هلیوم/اکسیژن مانند هیلیر، تریمیکس و هلیوکس به جای ترکیب‌های تنفسی اکسیژن/نیتروژن استفاده می‌شوند، تا مانع از خواب نیتروژنی یا ایجاد نیتروژن در خون بشوند. به علاوه، هلیوم منجر به فرسایش تجهیزات نشده و غیرسمی است. هیدروژن به عنوان جایگزینی برای هلیوم در گاز غواصی در عمق آب مورد بررسی قرار گرفته است.
اسپری‌ پوشش‌های فلزی:
هلیوم به عنوان گاز حامل پودر برای اسپری حرارتی و اسپری سرد استفاده می‌شود، این امر به خاطر سرعت بالای صوت و بی‌اثری فیزیکی آن است. اسپری حرارتی و اسپری سرد، معمولاً به صورت اسپری پوشش فلزی شناخته می‌شوند که فرآیند پوشش‌دهی سطحی در جایی است که دسته وسیعی از فلزات و سرامیک‌ها می‌توانند با سرعت بالا بر سطح ماده‌ی دیگری اسپری شوند تا پوشش فلزی را روی آن ایجاد کنند. به علاوه سرعت بالای صوت هلیوم باعث می‌شود که صدای صوت شما بعد از استنشاق هلیوم کمی تن پیدا کند یا جیرجیر کند. هلیوم به عنوان گاز حامل پودر می‌تواند با استفاده از نیتروژن جایگزین شود.
لیزر و نورپردازی:
هلیوم به عنوان گازی کاربردی در لیزرها و نورپردازی استفاده می‌شود. گاز تشدیدکننده هلیوم در لیزرهای گازی مانند لیزرهای هلیوم-نئون، لیزرهای CO2 و لیزرهای بخار فلزاتی مانند لیزر بخار فلزی هلیوم کادمیوم استفاده می‌شود. هلیوم در لیزر برای ایجاد هیجان استفاده می‌شود. لیزرهای مختلف با گاز کاربردی هلیوم برای کاربردهای مختلفی مانند تحقیقات علمی، تداخل، هولوگرافی، طیف سنجی، اسکن بارکد، هم‌ترازی، جراحی لیزری چشم، نمایش اپتیکال، چاپ، حروف‌چینی برنامه‌های کاربردی، جوش و برش استفاده می‌شوند. اغلب لیزرهای هلیوم-نئون اکنون با لیزرهای دیودی ارزان‌تر جایگزین شدند. به علاوه هلیوم به عنوان گاز کار در چراغ‌های تخلیه گاز استفاده می‌شود. هلیوم رنگ سفید تا نارنجی را از خود ساطع می‌کند. لامپ‌های تخلیه گاز هلیوم توسط هنرمندان و برای اهداف نورپردازی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. گاز هلیوم به عنوان گاز کار یا تشدیدکننده در بعضی از انواع لیزرها قابل جایگزینی نیست.

تلسکوپ:

گاز هلیوم در تلسکوپ‌های خورشیدی به کار می‌رود. هلیوم تاثیرات انحرافی حاصل از حرارت بین‌ لنزها را در بعضی از تلسکوپ‌ها کاهش می‌دهد، زیرا شاخص انکسار فوق العاده کم و هدایت حرارتی بالایی دارد. هلیوم با استفاده از تلسکوپ‌های دارای خلاء می‌تواند جایگزین شود.
هارد درایوها:
گازهلیوم در تعدادی از هارد درایوها استفاده می‌شود. هارد درایوها با هلیوم پر می‌شوند تا به مقدار زیادی دیسک‌ها و قابلیت ذخیره داده بالا دست یابند. هلیوم یک هفتم چگالی هوا را دارد، بنابراین قدرت مکانیکی در کشش هوا و برش هوا را کاهش می‌دهد. به علاوه، به دیسک‌های چرخان اجازه می‌دهد تا به یکدیگر نزدیک‌تر شوند. به علاوه، به خاطر وجود گاز هلیوم، دیسک‌های گردان انرژی کارآمد بیشتری دارند، زیرا به قدرت موتور کمتر و فرآیند سردسازی کمتری نیاز دارند.