Payamvdn/NorthPersian_fa_wiki huggingface dataset:
-۳ نقطهٔ جوش پایین تری (نزدیک به ۰٫۲ کلوین) دارد و این فرایند در "سردساز هلیوم-۳" روی می دهد. اگر بخواهیم مخلوطی از هلیوم-۳ و هلیوم-۴ با نسبت های برابر در زیر ۰٫۸ کلوین داشته باشیم این دو به به دلیل ناهمانندی، به صورت دو بخش مخلوط نشدنی از هم جدا می شوند. اتم های هلیوم-۴ را بوزونها تشکیل می دهد در حالی که در هلیوم-۳ فرمیونها سازندهٔ اتم ها هستند. این ویژگی هلیوم در یخچال های رقیق سازی برای رسیدن به دمای چند میلی کلوین به کار می آید. می توان به صورت آزمایشگاهی هم ایزوتوپ هلیوم درست کرد، اما این ایزوتوپ ها خیلی زود به دیگر ماده ها دگرگون می شوند. برای نمونه، می توان از هلیوم-۵ یاد کرد که دارای کوتاه ترین نیمه عمر، ثانیه است. پس از آن هلیوم-۶ است که تابش بتا و نیمه عمر ۰٫۸ ثانیه دارد. هلیوم-۷ ذرات بتا و پرتوی گاما می تاباند. هلیوم-۷ و هلیوم-۸ هر دو در شرایط ویژهٔ واکنش های هسته ای پدید می آیند. معلوم شده است که هم هلیوم-۶ و هم هلیوم-۸ از خود پدیده ای به نام "هاله هسته ای" نشان می دهند. این موضوع به این معنی است که شعاع به دست آمده برای آن ها بسیار بیشتر از مقدار پیش بینی شده توسط مدل های اندازه گیری مانند "مدل س
قوط مایع" است. ترکیبات. هلیوم دارای ظرفیت صفر است و درنتیجه از لحاظ شیمیایی در شرایط معمول، یک عنصر واکنش ناپذیر است. هلیوم یک عایق الکتریسیته محسوب می شود، مگر این که یونیزه شود. همانند سایر گازهای نجیب، هلیوم نیز دارای سطوح انرژی شبه پایدار است که موجب می شود این عنصر در صورت وجود بار الکتریکی با ولتاژی کمتر از پتانسیل یونیزاسیون خود، یونیزه باقی بماند. هلیوم می تواند در زمانی که تحت تخلیه تابشی، بمباران الکترونی یا تبدیل شدن به پلاسما تحت شرایط دیگر، قرار می گیرد، با عناصری مانند تنگستن، فلورید، گوگرد و فسفر ترکیبات ناپایداری موسوم به برانگیخته پار تشکیل دهد. ترکیبات مولکولی مانند هلیوم نئون (HeNe)، جیوه هلیوم (HgHe۱۰)، تنگستن هلیوم (WHe۲) و گونه های مولکولی یونی مانند He۲+ ،He۲+ ،HeH و +HeD به این صورت ساخته می شوند. ترکیب +HeH دارای حالت پایه پایدار است، اما فوق العاده واکنش پذیر است؛ به طوری که قوی ترین اسید برونستدی است که تاکنون شناخته شده است؛ بنابراین می تواند تنها به صورت جداشده وجود داشته باشد، زیرا هرنوع مولکول یا یون مخالفی که در مجاورت آن قرار بگیرد، پروتون دار می شود. این روش همچنین موجب تولید
مولکول هلیوم گازی (He۲) و مولکول جیوه هلیوم (HgHe) شده است. ترکیبات وان دروالسی هلیوم مانند لیتیم هلیوم (LiHe) و مولکول هلیوم (He۲)، می توانند با سرد کردن گاز هلیوم و اتم های برخی دیگر از مواد، تولید شوند. وجود ترکیبات واقعی دیگری مانند هلیوم فلوئوروهیدرید (HHeF) که مشابه آرگون فلوروهیدرید است و در سال ۲۰۰۰ کشف شد نیز به صورت نظری نیز ممکن است. محاسبات نشان می دهد که دو ترکیب جدید حاوی پیوند هلیوم-اکسیژن می تواند پایدار باشد. دو گونه جدید مولکولی CsFHeO و N(CH۳)۴FHeO که به صورت نظری پیش بینی شدند، مشتق هایی از یک آنیون −FHeO ناپایدار هستند که برای اولین بار در سال ۲۰۰۵ به صورت نظری توسط یک گروه تحقیقاتی تایوانی وجود آن پیش بینی شد. اگر تحقیقات آن را تأیید نماید، تنها عنصری که هنوز هیچ ترکیب پایداری از آن گزارش نشده، عنصر نئون خواهد بود. اتم های هلیوم می توانند با اعمال حرارت و تحت فشار زیاد به درون ساختار توخالی قفس کربنی مولکول فولرن وارد شوند. به این نوع مولکول های فولرن که دارای گونه خارجی مانند اتم، یون یا خوشه مولکولی در داخل ساختار قفس مانند خود هستند، اصطلاحاً "فولرن اندوهدرال" گفته می شود که در دماها
ی بالا نیز پایدارند. زمانی که مشتق های این نوع فولرن ها تشکیل می شوند، هلیوم در داخل ساختار قفس مانند فولرن باقی می ماند. اگر هلیوم-۳ برای این منظور استفاده شود، به آسانی می توان حضور آن را با کمک طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای مشخص کرد. بسیاری از فولرن های حاوی هلیوم-۳ گزارش شده اند. اگرچه، اتم های هلیوم به صورت کووالانسی یا یونی به ساختار فولرن متصل نشده اند، با این حال ترکیب فولرن حاصل، مانند تمامی ترکیب های شیمیایی استوکیومتری دارای خواص و ترکیب منحصر به فرد و مشخص است. تحت فشار زیاد، هلیوم می تواند ترکیباتی با عناصر مختلف را تشکیل دهد. کریستال های ترکیب کلاترات هلیوم-نیتروژن (۱۱(N۲)He) در دمای اتاق و تحت فشار ۱۰ گیگاپاسکال درون یک سلول سندان الماس رشد داده شده اند. مشخص شده است که ترکیب الکترید سدیم هلیوم (Na۲He) که یک عایق الکتریسیته است، در فشار بالای ۱۱۳ گیگاپاسکال، به صورت ترمودینامیکی پایدار است. این مولکول دارای ساختاری فلئوریتی است. فراوانی و تولید. هلیوم دومین عنصر فراوان بعد از هیدروژن در کیهان و در منظومه شمسی است و حدود ۱۱٫۳ درصد از کل اتم های جهان را تشکیل می دهد. حدود ۸۸٫۶ درصد از کل اتم ها
ی جهان هیدروژن هستند؛ بنابراین، حداقل ۹۹٫۹ درصد از کل اتم ها شامل اتم های هیدروژن یا هلیوم هستند. در مقابل، هلیوم در زمین بسیار نایاب است. این گاز پس از نیتروژن، اکسیژن، آرگون، دی اکسید کربن و نئون ششمین گاز فراوان در جو است که تقریباً ۰٫۰۰۰۵۲۴ درصد هوا را تشکیل می دهد. تخمین میزان هلیوم در پوسته زمین غیرممکن است. این گاز هنگام خراب شدن اورانیوم و سایر عناصر رادیواکتیو تولید می شود. اما اغلب تقریباً بلافاصله به جو فرار می کند به طوری که قیمت هلیوم در ۱۵ سال اخیر ۵۰۰ درصد افزایش پیدا کرده است. در ژوئن ۲۰۱۶ مقادیر بزرگی از هلیوم در صحرای موسوم به کافت شرق آفریقا در تانزانیا کشف شد. براساس برآوردها، میزان ذخیره این میدان ۵۴ میلیارد متر مکعب است که می تواند نیاز چندین سال بشر را تأمین کند. فعالیت آتشفشانی در کافت شرق آفریقا باعث انتشار گاز هلیوم در صخره های کهن می شود که در نهایت در میدان های کم عمق تر گاز به تله می افتد. منابع طبیعی. حدود ۲۳ درصد از جرم باریونی کیهان از هلیوم تشکیل شده است. مقدار زیادی از هلیوم طی فرایندهای هسته زایی در زمان مهبانگ در ۱–۳ دقیقه آغازین ایجاد شد. از همین رو، اندازه گیری میزان فراو
انی هلیوم به مدل های کیهان شناسی کمک می کند. در ستاره ها، تشکیل هلیوم توسط واکنش همجوشی هسته ای هیدروژن در واکنش های زنجیره ای پروتون پروتون و چرخه پروتون پروتون بخشی از هسته زایی ستاره ای را تشکیل می دهد. در جو زمین، غلظت هلیوم تنها ۵٫۲ قسمت در میلیون است. غلظت هلیوم موجود در جو، با وجود تولید مداوم و پیوسته، کم و تقریباً ثابت است، چون بیشتر هلیوم جو زمین، طی چندین فرایند از جو خارج شده و وارد فضا می شود. در "هتروسفر" زمین که در قسمت بالایی جو قرار دارد، هلیوم و سایر گازهای سبک تر، فروان ترین عناصر موجود هستند. اغلب هلیوم موجود بر روی زمین درنتیجه یک واپاشی هسته ای است. هلیوم در مقادیر زیادی در کانی های اورانیوم و توریوم مانند اورانینیت و انواع آن مانند کلویت، "اورانینیت سیاه"،کارنوتیت و مونازیت یافت می شود. علت فراوانی هلیوم در این نوع کانی ها این است که عناصر پرتوزایی مانند اورانیوم و توریوم ذرات آلفا (هسته اتم هلیوم دارای دوبار مثبت: He+۲) از خود منتشر می کنند و این ذرات در زمان برخورد با سنگ ها، با دریافت الکترون لازم، موجب تولید هلیوم می شود. تخمین زده می شود تنها از این طریق، حدود ۳۰۰۰ تن متریک هلیوم د
ر هر سال در سرتاسر سنگ کره تولید شود. در پوسته زمین، غلظت هلیوم برابر با است. در آب دریا، غلظت هلیوم کمتر شده و به می رسد. همچنین، مقادیر کمی از هلیوم در چشمه های آب معدنی، گازهای آتش فشانی و "شهاب سنگ های حاوی آهن" وجود دارد. به این علت که هلیوم در سطح زیر زمین و در شرایطی مشابه با گاز طبیعی به دام افتاده است، بزرگ ترین منابع طبیعی هلیوم روی زمین، که بیش ترین هلیوم استخراج شده تجاری از آنجا تهیه می شود، در محل منابع گازهای طبیعی است. غلظت هلیوم در این منابع متغیر و از چند قسمت در میلیون تا بیش از ۷ درصد در میدان گازی واقع در سن خوآن، نیومکزیکو است. ذخایر جهانی. با روی کار آمدن تأسیسات مایع سازی گاز طبیعی، مقدار هلیوم قابل بازیافت افزایش یافته است، زیرا یکی از پیامدهای مایع شدن گاز طبیعی افزایش غلظت نسبی هلیوم و در نتیجه، مقرون به صرفه بودن استخراج آن است. هر ساله دفتر مدیریت سرزمین به نمایندگی از سازمان زمین شناسی ایالات متحده منابع جهانی هلیوم را گزراش می کند. جدول ۱ برآورد ذخایر هلیوم و پایه ذخیره هلیوم در سال ۲۰۰۸ را نشان می دهد. ذخایر منابعی هستند که می توانند در زمان تعیین از نظر اقتصادی استخراج یا تولی
د شوند. توجه به این نکته حائز اهمیت است که کلیه ذخایر ذکر شده تخمین زده می شوند و به استثنای تعداد کمی از ذخایر هیچ کدام توسط مؤسسات معتبر تأیید نشده اند. کل ذخایر تخمین زده شده بر اساس پالایش ۶٫۲ میلیارد فوت مکعب در سال ۶۳۸ میلیارد فوت مکعب است که با توجه به میزان مصرف برای ۱۰۰ سال پیش بینی می شود. با این حال، اگر مصرف با نرخ های اخیر رشد کند (۴ درصد در سال)، این ذخایر به ۴۰ سال کاهش می یابد، افزون بر این توجه به این نکته مهم است که این برآورد فقط در صورتی معتبر است که کل مقدار گاز طبیعی تولید شده از هر مخزن برای هلیوم پردازش شود. تا سال ۲۰۱۱، تخمین زده شده است که ذخایر هلیوم دنیا در حدود ۴۰ میلیارد متر مکعب باشد، که یک چهارم از این ذخایر در میدان گازی پارس جنوبی که میان ایران و قطر مشترک است، قرار دارد. در سال ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶، ذخایر احتمالی جدیدی در رشته کوه های راکی در آمریکای شمالی و در کافت شرق آفریقا اعلام شده است. بازار هلیوم در سال های اخیر با کمبود جهانی بین سال های ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷ و ۲۰۱۱ و ۲۰۱۳ کاملاً متعادل شده است. ایالات متحده با ۴۰٪ از تولید هلیوم بزرگ ترین تولیدکننده جهان است. با این حال، ذخیره ملی هلی
وم ایالات متحده در آماریلو، تگزاس، بزرگ ترین منبع هلیوم در جهان طی ۷۰ سال گذشته، اکنون به حداقل سطح خود ۳ میلیارد فوت مکعب رسیده است. این ذخیره در سال ۱۹۶۰ به عنوان مخزن استراتژیک هلیوم راه اندازی شد. در سال ۱۹۹۶ لایحه ای برای فروش بخش عمده ای از عرضه و پرداخت بدهی های کارخانه توسط دولت آمریکا تصویب شد که منجر به کاهش قیمت هلیوم شد. بسته شدن ذخیره ملی هلیوم ایالات متحده، بخش قابل توجهی از عرضه هلیوم را از بازار خارج کرد. در تاریخ ۳۱ دسامبر ۲۰۱۸، "دفتر مدیریت سرزمین" حدود ۲۲۳۰۰ نمونه گاز از ۲۶ کشور و ایالات متحده را در برنامه ای برای شناسایی منابع هلیوم جهان تجزیه و تحلیل کرده است. حامیان حفاظت از منابع. براساس گفته های رابرت کلمن ریچاردسون فیزیکدان و برنده جایزه نوبل، در سال ۲۰۱۰ قیمت بازار آزاد هلیوم موجب استفاده های بیهوده مانند استفاده از آن برای بالن های هلیوم کمک کرده است. قیمت ها در دهه ۲۰۰۰ با تصمیم کنگره ایالات متحده برای فروش سهام بزرگ هلیوم این کشور تا سال ۲۰۱۵ کاهش یافته بود. ارزش تخمینی هلیوم درجه A (با خلوص ۹۹٫۹۹۷٪ یا بیشتر) که در سال ۲۰۱۹ توسط صنایع خصوصی استخراج شد حدود ۷۱۷ میلیون دلار بود. به
باور ریچاردسون برای از بین بردن هدر رفت بیش از حد هلیوم، قیمت ها باید ۲۰ برابر شود. او به همراه همکارانش در کتابشان، "آینده هلیوم به عنوان یک منبع طبیعی" همچنین پیشنهاد ایجاد "آژانس بین المللی هلیوم" برای ایجاد بازار پایدار برای این کالای گرانبها را داده است. استخراج. استخراج و استفاده. در یک عملیات حفاری نفت در سال ۱۹۰۳ در دکستر، کانزاس، فوران گازی مشاهده شد که فاقد قابلیت اشتعال بود. زمین شناسی به نام اراسموس هاورث نمونه هایی از این گاز تهیه کرد و آنها را به دانشگاه کانزاس برد و با کمک شیمی دانان هایی به نام های همیلتون کدی و دیوید مک فارلاند پی برد که گاز مورد نظر، مخلوطی از ۷۲ درصد نیتروژن، ۱۵ درصد متان (گازی که در صورت وجود اکسیژن کافی، قابلیت اشتعال دارد)، ۱ درصد هیدروژن و ۱۲ درصد گازی غیرقابل شناسایی است. با انجام تجزیه و تحلیل های بیشتر، کادی و مک فارلاند کشف کردند که ۱٫۸۴ درصد از مخلوط گازی جمع آوری شده، متشکل از هلیوم است. این کشف نشان داد که با وجود فراوانی بسیار اندک هلیوم بر روی زمین، هلیوم می تواند در مقادیر زیادی در زیر مناطق مربوط به دشت بزرگ (آمریکا) وجود داشته باشد و در زمان استخراج گاز طبیع
ی به صورت محصول جانبی به دست بیاید. این کشف موجب شد که ایالات متحده آمریکا به بزرگ ترین تأمین کننده هلیوم دنیا تبدیل شود. بعد از پیشنهاد ریچارد ترلفال، نیروی دریایی ایالات متحده، سه کارخانه آزمایشی هلیوم را در طول جنگ جهانی اول راه اندازی کرد. هدف از آغاز چنین پروژه ای تأمین گازی غیرقابل اشتعال و سبک تر از هوا برای بالن های دفاعی مورد استفاده در جنگ بود. مقداری از این هلیوم تولید شده نیز برای پرکردن اولین کشتی هوایی پرشده با هلیوم، کشتی هوایی بادکنکی غیرصلب کلاس سی، مورد استفاده قرار گرفت. اولین پرواز این کشتی هوایی در تاریخ ۱ دسامبر ۱۹۲۱، از همپتون رودز در ویرجینیا به پایگاه نیروی هوایی بولینگ در واشینگتن، دی.سی. بود. حدود دو سال بعد و در سپتامبر ۱۹۲۳، پرواز اولین کشتی هوایی بادکنکی صلب و پرشده با هلیوم که توسط شرکت هواپیماسازی نیروی دریایی ساخته شده بود و نامش یواس اس بود، انجام شد. اگرچه فرایند استخراج با استفاده از مایع سازی گاز در دمای پایین در آن زمان حساس در جنگ جهانی اول هنوز توسعه نیافته بود، با این حال تولید هلیوم ادامه داشت. هلیوم در ابتدا به عنوان گازی بالابرنده در کشتی های هوایی مورد استفاده قرار
گرفت. در طول جنگ جهانی دوم، تقاضا برای هلیوم به عنوان گاز بالابرنده و همچنین برای جوشکاری قوس پوشش دار افزایش یافت. "طیف سنجی جرمی هلیوم" نقشی حیاتی در تولید بمب اتمی در پروژه منهتن داشت. در سال ۱۹۲۵ دولت ایالات متحده در آماریلو، تگزاس، با هدف تأمین گاز مورد نیاز برای کشتی های هوایی نظامی در زمان جنگ و کشتی های هوایی تفریحی در زمان صلح، محلی را برای ذخیره راهبردی هلیوم با عنوان "ذخیره هلیوم ملی" احداث کرد. در آن زمان که آمریکا تنها تولیدکننده هلیوم بود، هلیوم خیلی گران بود و مصوبه کنگره موسوم به "مصوبه همیلتون ۱۹۲۵" نیز صادرات آن را ممنوع می کرد؛ بنابراین، کشتی هیندنبورگ ال زد ۱۲۹ و سایر کشتی های هوایی آلمان زپلین مجبور بودند به جای هلیوم از هیدروژن استفاده کنند. بازار هلیوم پس از جنگ جهانی دوم دچار رکود شد. اما ذخایر هلیوم در دهه ۱۹۵۰ میلادی توسعه داده شد تا از تأمین هلیوم به عنوان یک خنک کننده برای تولید اکسیژن و هیدروژن مورد نیاز برای سوخت موشک (و همچنین سایر اهداف) در طول دوران رقابت فضایی و جنگ سرد اطمینان حاصل شود. میزان هلیوم مورد استفاده در آمریکا در سال ۱۹۶۵ بیش از هشت برابر بیشینه مصرف در زمان جنگ
بود. پس از اصلاح مصوبه کنگره در مورد هلیوم در سال ۱۹۶۰ (قانون عمومی ۸۶–۷۷۷)، "اداره معادن ایالات متحده آمریکا" طرح تأسیس پنج کارخانه خصوصی برای بازیابی هلیوم از منابع گاز طبیعی را تصویب کرد. براساس این برنامه حفظ منابع هلیوم، اداره معادن یک خط لوله به طول ۴۲۵ مایل (۶۸۴ کیلومتر) احداث کرد تا کارخانه های دولتی میدان گازی "کلیف ساید" از شهر بوشتون، کانزاس به آماریلو، تگزاس متصل شوند. مخلوط هلیوم-نیتروژن تزریق شد و میدان گازی کلیف ساید ذخیره شد تا زمان نیاز به هلیوم، این مخلوط تحت خالص سازی بیشتر قرار بگیرد. تا سال ۱۹۹۵، یک میلیارد متر مکعب از این گاز ذخیره شده بود و مجموعه ۱٫۴ میلیارد دلار بدهی داشت؛ بنابراین، کنگره ایالات متحده آمریکا در سال ۱۹۹۶ طرح ذخیره هلیوم را متوقف کرد. مصوبه خصوصی سازی هلیوم سال ۱۹۹۶ (قانون عمومی ۱۰۴–۲۷۳)، وزارت کشور ایالات متحده آمریکا را بر آن داشت که ذخایر هلیوم را تخلیه کند و فروش از سال ۲۰۰۵ آغاز شد. هلیوم تولیدشده بین سال های ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۵ دارای خلوص حدود ۹۸٫۳ درصد بود (۲ درصد نیتروژن) که این میزان خلوص برای کشتی های هوایی کافی بود. در سال ۱۹۴۵، مقدار کمی از هلیوم ۹۹٫۹ درصد برای است
فاده در جوشکاری تولید شد. تا سال ۱۹۴۹، تولید هلیوم در مقیاس تجاری با خلوص ۹۹٫۹۵ درصد از نوع "درجه آ" ممکن بود. برای سال های زیادی، ایالات متحده آمریکا، بیش از ۹۰ درصد هلیوم تولیدی دارای قابلیت استفاده به صورت تجاری در دنیا را تولید می کرد، در حالی که ۱۰ درصد باقی مانده توسط کارخانه های موجود در کانادا، هلند، روسیه و دیگر کشورها تولید می شد. در اواسط دهه ۱۹۹۰ میلادی، یک کارخانه جدید در ارزیو در الجزایر، تولید بیش از ۱۷ میلیون متر مکعب (۶۰۰ میلیون فوت مکعب) را آغاز کرد که این مقدار برای تأمین تمام نیاز اروپا کافی بود. در همین حال، تا سال ۲۰۰۰، مصرف هلیوم درون ایالات متحده آمریکا، به ۱۵ میلیون کیلوگرم در سال افزایش یافت. بین سال های ۲۰۰۴–۲۰۰۶، کارخانه های بیش تری در راس لفان، قطر و سکیکده، الجزایر ساخته شد. الجزایر به سرعت به دومین تولیدکننده هلیوم دنیا تبدیل شد. در این زمان، هم مصرف هلیوم و هم هزینه تولید هلیوم افزایش یافت. از سال ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۷، قیمت هلیوم دو برابر شد. تا سال ۲۰۱۲، ذخیره ملی هلیوم ایالات متحده آمریکا، برابر با ۳۰ درصد کل هلیوم دنیا بوده است. انتظار می رفت که این ذخیره هلیوم، تا سال ۲۰۱۸ به اتمام
برسد، با این حال، یک لایحه پیشنهادی در سنای ایالات متحده آمریکا، اجازه ادامه فروش هلیوم موجود در ذخیره ملی آمریکا را صادر کرد. دیگر ذخایر بزرگ هلیوم آمریکا در میدان گازی هیوگوتون در کانزاس، تگزاس و اوکلاهاما قرار داشتند. کارخانه های جدی هلیوم بر اساس برنامه قرار بود که در سال ۲۰۱۲ در قطر، روسیه و ایالت وایومینگ آمریکا شروع به کار کنند، اما انتظار نمی رفت که این کارخانه ها به موضوع کمبود هلیوم، کمک زیادی کنند. در سال ۲۰۱۳، قطر شروع به ساخت بزرگ ترین واحد هلیوم دنیا نمود، بااین حال بحران دیپلماتیک قطر در سال ۲۰۱۷، به طور شدیدی تولید هلیوم در این کشور را تحت تأثیر قرار داد. غالباً گفته می شود که پس از سال ها کمبود هلیوم، در سال ۲۰۱۴ میزان تولید هلیوم بیشتر از تقاضای آن بوده است. بازار سهام بورس نزدک در سال ۲۰۱۵ گزارش کرد که برای شرکتی مانند ایر پروداکتز اند کمیکالز که شرکتی بین المللی و فروشنده گاز با کاربردهای صنعتی است، میزان هلیوم به دلیل محدودیت عرضه مواد اولیه، تحت فشار اقتصادی قرار دارد. استخراج و توزیع. برای استفاده در مقادیر زیاد، هلیوم به وسیله تقطیر جزء به جزء گاز طبیعی که حاوی ۷ درصد حجمی هلیوم است،
تهیه می شود. به علت این که هلیوم دارای نقطه جوش پایین تری در مقایسه با دیگر عناصر است، دمای پایین و فشار زیاد مورد استفاده موجب مایع شدن تقریباً تمامی گازهای دیگر (غالباً نیتروژن و متان) می شود. گاز هلیوم ناخالص تولید شده به وسیله قرار گرفتن در دماهای پایین به صورت متوالی، خالص می شود و تقریباً تمامی نیتروژن و بقیه گازهای موجود از مخلوط گازی خارج می شوند. از کربن فعال برای خالص سازی هلیوم در آخرین مرحله استفاده می شود که معمولاً منجر به تولید هلیومی با کیفیت درجه آ و خلوص ۹۹٫۹۹۵ درصد می شود. اصلی ترین ماده ناخالص موجود در هلیوم دارای درجه آ، نئون است. در مرحله نهایی تولید، اغلب هلیوم تولید شده از طریق فرایند سرد کردن، مایع می شود. این کار برای استفاده از هلیوم مایع ضروری است و موجب می شود که هزینه تمام شده برای حمل و نقل هلیوم کاهش پیدا کند، چراکه بزرگ ترین مخزن هلیوم مایع دارای حجمی بیش از پنج برابر بزرگ ترین مخزن هلیوم گازی است. در سال ۲۰۰۸، تقریباً ۱۶۹ میلیون متر مکعب استاندارد هلیوم از منابع استخراج یا از ذخایر برداشته شده است که از این میان، ۷۸ درصد سهم ایالات متحده، ۱۰ درصد سهم الجزایر و ۱۲ درصد باقی ما
نده، سهم عمده برای کشورهای روسیه، لهستان و قطر بوده است. تا سال ۲۰۱۳، افزایش تولید هلیوم قطر (توسط شرکت راس گس، به مدیریت ایر لیکوئید) موجب شد سهم قطر از هلیوم تولیدی دنیا به ۲۵ درصد افزایش یابد و این کشور را به دومین تولیدکننده هلیوم دنیا، پس از آمریکا تبدیل کرد. در سال ۲۰۱۶، ذخیره ای از هلیوم در تانزانیا کشف شد که تخمین زده می شود حاوی ۵۴ میلیارد متر مکعب هلیوم است. در ایالات متحده آمریکا، اغلب هلیوم استخراج شده از منابع گاز طبیعی در هیوگوتون و نزدیک میدان گازی در کانزاس، اوکلاهاما و "میدان پن هندل" در تگزاس است. قبلاً اغلب گاز هلیوم تولیدی با کمک خط لوله ذخیره ملی هلیوم فرستاده می شد، اما از سال ۲۰۰۵، فروش ذخیره ملی شروع شد و انتظار می رود که تحت "مصوبه مسئولیت مدیریت و نظارت بر هلیوم" در سال ۲۰۱۳، تا ۲۰۲۱ مقداری زیادی از آن مصرف شود. نفوذ گاز طبیعی ناخالص به درون غشاهای نیمه تراوا و دیگر موانع یکی از روش های بازیابی و خالص سازی هلیوم است. در سال ۱۹۹۶، ایالات متحده آمریکا دارای ذخایر اثبات شده هلیوم بالغ بر ۱۴۷ میلیارد فوت مکعب استاندارد (۴٫۲ میلیارد متر مکعب استاندارد) در مجموعه چاه های گازی این چنینی بود
. هلیوم باید از گاز طبیعی استخراج شود، چرا که مقدار آن در هوا، تنها به اندازه کسر کوچکی از نئون است. با این حال، تقاضا برای آن بسیار بیشتر از این میزان است. تخمین زده می شود که اگر تمامی تجیهزات فعلی مورد استفاده در تولید نئون برای تولید هلیوم استفاده شود، ۰٫۱ درصد از نیاز دنیا به هلیوم تأمین می شود. به صورت مشابهی، ۱ درصد نیاز دنیا به هلیوم تأمین می شود. هلیوم می تواند از طریق بمباران کردن لیتیم یا بور با کمک فوتون های پرسرعت یا بمباران لیتیم با دوتریوم سنتز شود، اما این فرایندها بسیار هزینه بر و فاقد صرفه اقتصادی هستند. هلیوم به صورت متداول، یا به شکل مایع یا گاز در دسترس است. در شکل مایع، می تواند در مخزن های عایق کوچک موسوم به فلاسک یا دمابان نگهداری شوند. این محفظه ها می توانند حجمی تا ۱۰۰۰ لیتر داشته باشند. هلیوم مایع همچنین می تواند در محفظه های بزرگ "ایزو" که ظرفیت اسمی آنها ۴۲ متر مکعب (حدود ۱۱٬۰۰۰ گالن آمریکایی) است، نیز نگهداری شود. به صورت گازی، هلیوم می تواند در مقادیر کم در سیلندرهای تحت فشار بالا و با ظرفیت ۸ متر مکعب (حدود ۳۰۰ فوت مکعب استاندارد) نگهداری شود، درحالی که مقدار گاز نگهداری شده در
تانکرهای تحت فشار زیاد به بیش از ۴٬۸۶۰ متر مکعب (حدود ۱۸۰٬۰۰۰ فوت مکعب استاندارد) می رسد. کاربردها. هلیوم در بسیاری از صنایع در سطح جهانی استفاده می شود و استفاده از آن در همه زمینه های تحقیقات علمی و محیط های تجاری، از جمله داروسازی، پزشکی، جوشکاری، علوم رایانه، اکتشافات فضایی وجود دارد. در سال ۲۰۱۴، تولید جهانی هلیوم حدود ۳۲ میلیون کیلوگرم (۱۸۰ میلیون متر مکعب استاندارد) بود. بیشترین میزان مصرف در این سال، مربوط به کاربردهای کرایوژنیک بود که حدوداً ۳۲٪ از کل مصرف هلیوم را شامل می شد. کاربردهای کرایوژنیک شامل خنک کردن آهنرباهای ابررسانا در اسکنرهای ام آرآی پزشکی و طیف سنج های ان ام آر است. رتبه های بعدی مصرف هلیوم در سال ۲۰۱۴، سیستم های فشار و پاکسازی، نگهداری اتمسفرهای کنترل شده و تشخیص نشت بود. سایر حوزه های مصرف هلیوم، درصدهای کم و نسبتاً جزئی داشتند. از دیگر کاربردهای مهم، ایجاد فشار، هوای پیرامونی کنترل شده و جوشکاری است که ۷۸ درصد از کل مصرف هلیوم در سال ۱۹۹۶ را تشکیل داده است. از گاز هلیوم در فضاپیماها، تلسکوپ ها و دستگاه نظارت بر پرتونگاری هسته ای استفاده می شود. کروژنیک. مخلوط هلیوم با گازهای سنگین
تر مانند زنون، نسبت ظرفیت حرارتی بالا و عدد پرنتل پایینی دارد و برای سردسازی ترموآکوستیک استفاده می شود. هلیوم به دلیل اینکه نقطه ذوب و جوش بسیار کمی دارد و در فشار جو جامد نمی شود و در صفر درجه کلوین و از نظر شیمیایی بی اثر است به عنوان خنک کننده فوق العاده استفاده می شود. علاوه بر این، دمای هلیوم فوق مایع زیر ۲٫۲ کلوین است. تاکنون از ویژگی فوق رواناب منحصر به فرد آن در هیچ کاربرد صنعتی استفاده نمی شود. استفاده هلیوم در سیستم های سردسازی، نسبت به روش های قدیمی، دارای مزیت زیست محیطی است؛ چون اثرات مخربی مانند تخریب لایه ازون و گرمایش جهانی بر جای نمی گذارد. هلیوم به عنوان یک خنک کننده فوق العاده برای کاربردهای برودتی مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI), طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR)، شتاب دهنده های ذرات، برخورد دهنده بزرگ هادرونی، دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID), طیف سنجی رزونانس چرخش الکترون (ESR)، ذخیره انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES), ژنراتورهای ابررسانا مغناطیسی ، انتقال قدرت ، انتقال نیروی جذب مغناطیسی، سنسورهای ابررسانا، طیف سنج های جرمی، آهن رباهای ابررسانا، جداکننده مغناطیسی میدان ق
وی، آهن رباهای ابررسانای میدان تورویی برای راکتورهای همجوشی و سایر تحقیقات برودتی استفاده می شود. هلیوم مواد ابررسانا را تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد می کند، به طوری که مقاومت الکتریکی ابررساناها ناگهان به صفر می رسد. مقاومت الکتریکی بسیار کم ابررساناها باعث می شود که میدان های مغناطیسی قدرتمندتری ایجاد شود. در مورد تجهیزات MRI در بیمارستان ها، میدان مغناطیسی قدرتمندتر جزئیات بیشتری را در اسکن عکس رادیولوژی به دست می دهد. برخورددهنده هادرونی بزرگ در سرن از ۹۶ تن هلیوم مایع برای حفظ دما در ۱٫۹ کلوین استفاده می کند. ایروستاتیک. از آنجا که این عنصر از هوا سبک تر و دارای چگالی کمتری است، از زمان جنگ جهانی اول از هلیوم به عنوان گاز بالابر برای بالن ها، بالن های هواشناسی، کشتی های هوایی و چشمک زدن استفاده می شود و برای پرواز کشتی های هوایی به گاز هلیوم رو آورده اند. استفاده از هلیوم به عنوان گاز بالابرنده اولین کاربرد هلیوم از زمان کشف آن بر روی زمین بود. در حالی که گاز هیدروژن بسیار شناور است و با سرعت کمتری از نفوذ به درون غشاء فرار می کند، هلیوم این مزیت را دارد که قابل اشتعال نیست و در واقع پیشگیرنده آتش است.
کاربرد هلیوم در بالون ها بسیار شناخته شده است، اما این کاربرد، بخش کوچکی از مصرف این گاز است. هوافضا. کاربرد دیگر هلیوم، در ساخت راکت است. در این فرایند، هلیوم به عنوان یک ماده تخلیه کننده برای جابجایی سوخت و اکسید کننده ها در مخازن ذخیره سازی و چگالش کردن هیدروژن و اکسیژن برای ساختن پیشران راکت استفاده می شود. فضای خالی بالای مخزن سوخت از هلیوم پر می شود تا هم جابجایی سوخت و اکسیدکننده ها آسان تر شود و هم بتوان با آن هیدروژن و اکسیژن را فشرده کرد تا سوخت موشک به دست آید. همچنین برای پاک کردن سوخت و اکسیدکننده از تجهیزات پشتیبانی زمین قبل از پرتاب و برای خنک کردن هیدروژن مایع در وسایل نقلیه فضایی توسط آژانس های فضایی مانند آریاناسپاس و ناسا استفاده می شود. به عنوان مثال، موشک سترن ۵ که در برنامه آپولو مورد استفاده قرار گرفت، حدود ۳۷۰٬۰۰۰ متر مکعب هلیوم نیاز داشت. همچنین در موشک های دلتا IV از هلیوم برای حفظ فشار در مخازن سوخت اکسیژن مایع استفاده می شد. جوشکاری. هلیوم، به دلیل دارا بودن بالاترین پتانسیل یونیزاسیون در بین عناصر در فرایند جوشکاری با قوس الکتریکی و جوشکاری قوس پلاسما بر روی موادی که در دمای جوشکا
ری در اثر تماس با هوا یا نیتروژن دچار آسیب می شوند، به عنوان لایهٔ محافظ یا پوشش عمل می کند. جو محافظ هلیوم در اطراف محل جوشکاری از اکسید شدن فلز در حالت مذاب جلوگیری می کند. همچنین پتانسیل یونیزاسیون بالای هلیوم امکان جوشکاری قوس پلاسما را برای فلزاتی مانند تیتانیوم، زیرکونیوم، منیزیم و آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده در کشتی سازی و هوافضا فراهم می کند. تعدادی از گازهای محافظ بی اثر در جوش قوس الکتریکی تنگستن گازی استفاده می شود، اما هلیوم به جای گاز ارزان تر آرگون به خصوص برای جوشکاری هایی که رسانندگی گرمایی بیشتری دارند؛ مانند آلومینیوم یا مس استفاده می شود. از آنجا که هلیوم می تواند توسط آرگون یا هیدروژن جایگزین شود، اما برای جوشکاری قوس پلاسما برخی مواد مانند تیتانیوم نمی تواند جایگزین شود، زیرا هلیوم تنها گازی است که دارای فعالیت حرارتی به اندازه کافی بالا است تا ایمن باشد. انتخاب یک گاز محافظ به عوامل مختلفی از جمله نوع ماده در حال جوشکاری، طراحی اتصالات و شکل ظاهری نهایی جوش بستگی دارد. مخلوط های آرگون-هلیوم اغلب در جوشکاری تیگ مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا می توانند کنترل ورودی حرارتی را افزایش ده