液体ヘリウム
利⽤ガイド①〜概要とヘリウム事情〜

問合せ先：理学部極低温室

内線2875

＜概要＞
リサイクル利⽤
ヘリウムは⼤変貴重な物質であるため、利⽤後の蒸発ガスを回収して再利⽤（再液化）しています。利⽤者にはヘリウムガス回収の協⼒をお願いします。⼤気放出を必要最低限に抑え、回収率を⾼める事を⽇頃から⼼掛けてください。

⼩型容器で実験室へ運搬する実験で使うと蒸発する液化装置で再液化する

回収配管を通して戻る

回収と扱い液体窒素の利⽤では蒸発した窒素ガスは回収の必要が無く、そのまま⼤気中へ拡散させています。これに対して液体ヘリウムは、⼤気にはさらさず、ヘリウムガス雰囲気下の閉じられた空間（ヘリウム槽）で利⽤します。蒸発したヘリウムガスはヘリウム槽につないである回収配管へ流れ出て、最終的には極低温室へ集められています。
回収したヘリウムガスを再液化する際、空気などが混ざりヘリウム純度が悪いと液化効率の低下や液化装置の故障を招くなどの弊害があります。
実験室では空気などの混⼊がなるべく少なくなる様に努めてください。

純度計で監視している極低温室のヘリウムガス回収配管にはヘリウムガス純度計が設置されています。回収配管に設定値以下の純度の悪いガスが流れてくると警報が鳴り、知らせてくれるしくみになっています。各実験室にもヘリウムガス純度計が設置されていますので（新規の場合はご相談ください）、実験中に純度の変化を確認してみてください。
純度低下を招く主な要因として、減圧時の空気の吸い込みがあります。ヘリウム槽をポンプで減圧する際、開⼝部や継ぎ⽬等に漏れがあると⼤気圧以下で空気を吸い込んでしまいます。O
リング等パッキンの劣化が無いか確認しましょう。

また、ヘリウムの⼤きな特徴として密度が⾮常に⼩さい事があ簡単に空気が⼊ってしまうげられます。液体ヘリウム容器を⼤気に開放する際、開⼝部からは軽量なヘリウムが⼤気中へ拡散していくのに引き換えて、⽐重の⼤きな重い空気が液体ヘリウム容器内へ流れ込んできま空気は冷却されて凍ってしまう
量が多いと閉塞するす。ヘリウムガスは低温で冷たく密度の⾼い状態であっても、空気よりも軽いので、ヘリウムガスの流出・空気の流⼊が起重たい空気が⼊り込む

こってしまいます。
流⼊してしまった空気は容器内で冷やされ、凝結して固体空気になります。流⼊量が多い場合、固体空気による⽬詰まりを引き起こし、閉塞を招いてしまう危険性があります。液体ヘリウ
ムは常に蒸発していますので、閉塞された空間に密閉されてしまうと、内圧が上昇してしまい、破裂・爆発に⾄る可能性があり⾮常に危険です。
以上より、液体ヘリウム容器の開⼝部は⾮常に厳格に取り扱う必要があり、閉め忘れなどは以ての外です。移送管（トランスファーチューブ）の挿⼊や液⾯検量など、ヘリウム槽を⼤気に開放する際は素早く取り扱い、開放している時間が必要最低限になるよう⼼がけましょう。

＜回収率維持について＞
ヘリウム事情ヘリウムは⾮常に貴重です。窒素は⼤気中に⼤量にあるのに対して、ヘリウムはわずか 5ppm ほどしか存在しません。100％輸⼊に頼っている⽇本は、輸出国の情勢に左右される不安定な状況にあり、度々ヘリウム危機問題が勃発しています（2007、2012、2017、2019、2022）。さらに近年は、中国やインドなどの新興国で需要が急激に増⼤しており、売買価格も急上昇の⼀途を辿っています。
7,000

我々が⼊⼿困難かつ価格

液体100L ＝ 約60万円

学でリサイクル利⽤でき5,000る環境は、とても恵まれていると⾔えます。
現在、学内でのヘリウム回収率は80〜90％ほど

契約単価・税込み（円/L）

⾼騰のヘリウムを千葉⼤

6,000

4,000
3,0002,000です。損失してしまった

1,000分は外部業者から購⼊し0外部業者契約単価て、学内保有量を維持しています。

千葉⼤学のヘリウム契約単価

実験で利⽤する際は、ヘリウムガスの損失を必要最低限に抑えられるよう、⼀⼈⼀⼈が⾼い意識をもって取り扱う事が強く求められています。

実験室での対策例
実験の過程で⽣じてしまうヘリウムガスの損失量を出来るだけ抑えられるよう皆様のご協⼒をお願いします。
①トランスファーチューブ（以後チューブ）の予冷実験装置を液体窒素で予冷後にヘリウムを汲み⼊れる時は、チューブ内の空気を置換したら、すぐに装置へ挿⼊します。
これに対して、ヘリウム汲み⾜しの場合はチューブ挿⼊直後の暖かいヘリウムガスを装置内の液体ヘリウムに吹き付けることを避けるため、挿⼊前にチューブを⼤気中で⼗分冷やしてから装置へ挿⼊する事例が多いです。

トランスファーチューブを予備冷却する時、⼤気中に放出してませんか？

このチューブ予冷時のヘリウムガスを回収する事は出来ないでしょうか。考えられる⽅法としては、・回収ホースにつなげて予冷する・装置に浅く挿して予冷する

回収ホースにつなげる⽅法はどうだろうか

回収ホースにつなげる⽅法は、冷え具合の確認に慣れが必要で、冷え過ぎるとホースが抜けなくなるなど、難易度にネックがあります。

実験装置に浅く挿す⽅法はどうだろうか

浅めなら底にある液体ヘリウムには影響が少ないのでは？

⼀⽅、装置に浅く挿す⽅法はシンプルです。装置内のヘリウム槽には温度分布があり、浅い部分では温度が⽐較的⾼いため、暖かい予冷ガスが吹き付けられても影響が少ないです。チュー
ブが冷えて気体から液体に変わると、浅いので周囲温度が⾼く、液体が激しく蒸発します。このため回収ガスメーターの流量が増⼤しますので、予冷完了のサインとなります。
装置によっては無理な場合もありますが、⼤多数の実験装置では、すぐに実践可能な⽅法だと思われます。

②回収配管までの気道の確認
ヘリウム容器を回収ホースにつないだものの、バルブ操作ミスにより容器が密閉されている事案が稀におきています。極低温室への返却時だけでなく、各実験室でも同様に発⽣しているものと推測されます。容器を密閉すると、蒸発ガスが⾏き場を失い、内圧が上昇します。容器には圧⼒上昇による破裂を防ぐ安全装置として、ある定められた圧⼒になると開いて、内部のガスを外へ逃がす安全弁が付いています。安全弁は緊急時のみの作動を前提としており、容器破裂といった最悪の事態を回避するもので、危険な状態であることは変わりません。さらに密閉容器を放置すると、対処するまでの間ずっと安全弁が断続的にヘリウムガスを放出している事になり、積算すると⼤きな損失量となってしまいます。防⽌対策としては、・ヘリウムガス回収経路の指さし確認を徹底する
・記録簿を作る
ヘリウム容器を使い終わった際、実験室を離れる際、回収ライン上のバルブが閉じていないか確認します。容器付帯バルブ、回収配管のバルブそれぞれを指さし確認すると、意識をもって⾏えるので効果的です。さらに、これを忘れずに習慣にする必要があります。
指さし確認

バルブチェック欄

このためには記録簿を作成するのが効果的です。極低温室でも⽇常点検簿にこの項⽬を追加しています。
安全弁からの放出は単にヘリウムガスの損失だけではなく、室内の酸素濃度低下にもつながり、酸⽋事故を招く可能性もあり⾮常に危険です。⽇頃から回収経路の確認を徹底し責任ある安全利⽤を習慣づける必要があります。
③定期的なヘリウムガスの漏れチェック
ゴムホース等の樹脂類は経年劣化で、弾性を失いひび割れしている事例をよく⾒かけます。頻繁に⼿に取るものは気が付きやすいものの、装置の裏側など普段⽬にしない箇所も、年に⼀回程度はガス漏れチェックをお願いします。
⾦属配管は、ねじ込み部分の漏れが考えられます。特にバルブやL字やT字に曲がってる部品は設置する際に向きが限られるので、ねじ込み量が⼗分でない場合があるので要注意です。わずかな漏れ量でも、１年間の積算量は相当な放出量となります。
極低温室では簡易型ヘリウムリークディテクターを各研究室に貸し出ししています。積極的に使って漏れチェックを⽇常的に⾏ってください。
L字・T字継⼿、バルブは壁との “向きが限定的”⇒ ねじ込み不⾜あり

怪しい箇所を調べる

Heリーク簡易検出器