stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
هلیوم
ویژگی‌ها

هلیوم یک گاز سبک، بی‌بو، بی‌رنگ، بی اثر، بدون سمیت و تک هسته‌ای است که می‌تواند مولکول‌های دواتمی ضعیف و در دمای نزدیک به صفر مطلق ایجاد کند. هلیوم کمترین نقطه ذوب را در بین عناصر دارد و نقطه جوش آن نزدیک به صفر مطلق و گرانرویش ۲۵ میکروپواز (آب = ۱۰ هزار) است. برخلاف هر عنصر دیگر، هلیوم جامد نمی‌شود اما تحت فشارهای معمولی به صورت مایع تا صفر مطلق باقی می‌ماند.
در دمای حدود منفی ۲۷۱ درجه سانتیگراد (۴۵۶- درجه فارنهایت)، هلیوم دچار یک تغییر غیرمعمول می‌شود و به صورت یک مایع باقی می‌ماند که دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است. اشکال هلیوم به قدری متفاوت است که به آنها نام‌های مختلفی داده می‌شود. بالاتر از ۲۷۱- درجه سانتیگراد، هلیوم مایع را هلیوم I و زیر آن دما، هلیوم II نامیده می‌شود.
از هوا سبک‌تر است. قابل اشتعال نیست و فقط کمی در آب قابل حل است. هلیوم (He۲) با داشتن انحلال‌پذیری ۰٫۰۷۰۷۹۷ مول از هلیوم در هر ۵-۱۰ از مجموع مول هلیوم (حل شونده) و آب (حلال)، به‌عنوان یکی از گازهایی شناخته می‌شود که دارای کم‌ترین میزان انحلال در آب است (به‌عنوان مقایسه کسر مولی حلالیت برای گازهای CF۴ و SF۶ و C۴F۸ به ترتیب برابر با ۰٫۳۸۰۲، ۰٫۴۳۹۴ و ۰٫۲۳۷۲ به ازای هر ۵-۱۰ مول گاز حل شونده و حلال آب است).
از نظر شیمیایی بی‌اثر است. هنگامی که به صورت مایع حمل می‌شود، بسیار سرد است و تمام گازهای دیگر را جامد می‌کند. تماس با مایع باعث یخ زدگی شدید می‌شود. هلیوم مایع دارای خصوصیات ترمودینامیکی منحصر به فردی است و مایع کوانتومی نامیده می‌شود زیرا خصوصیات اتمی را در مقیاس ماکروسکوپی از خود نشان می‌دهد.
هلیوم، پس از نئون، کم واکنش‌ترین گاز نجیب و البته دومین عنصر کم واکنش پذیر در میان همه عنصرهاست. این گاز کم واکنش در همهٔ شرایط استاندارد به صورت تک‌اتمی باقی می‌ماند. هلیوم به دلیل داشتن جرم مولی نسبتاً پایین، دارای رسانش گرمایی و ظرفیت گرمایی بالایی است و سرعت صدا هم در آن، در حالت گازی، از هر گاز دیگری به جز هیدروژن، بالاتر است. همچنین به دلیل کوچکی اندازهٔ اتم هلیوم، نرخ واپخش در اجسام جامد، سه برابر بیشتر از نرخ واپخش هوا و برابر با ۶۵٪ نرخ واپخش هیدروژن است.
ضریب شکست هلیوم بیش از هر گاز دیگری به یک نزدیک است. ضریب ژول-تامسون هلیوم در دمای معمولی پیرامونش، منفی است به این معنی که اگر اجازه دهیم این گاز آزادانه افزایش حجم پیدا کند، گرم‌تر می‌شود. اما اگر هلیوم در زیر دمای وارونگی ژول-تامسون (در حدود ۳۲ تا ۵۰ کلوین در یک اتمسفر) باشد، اگر آزادانه افزایش حجم پیدا کند، دمای آن پایین می‌آید. با توجه به این ویژگی اگر دمای هلیوم از این دما پایین‌تر آمده باشد، می‌توان با افزایش حجم، آن را خنک و مایع کرد.
بیشتر هلیوم فرازمینی در حالت پلاسما یافت می‌شود. در این حالت، ویژگی‌های ماده از ویژگی‌های حالت اتمی آن بسیار متفاوت است. در حالت پلاسما، الکترون‌ها دیگر در بند هسته نیستند در نتیجه دارای رسانایی الکتریکی بسیار بالایی خواهد بود حتی اگر تنها بخشی از آن یونی شده باشد. ذره‌های باردار به شدت از میدان مغناطیسی و الکتریکی پیرامون تأثیر می‌پذیرند. برای نمونه در بادهای خورشیدی با هیدروژن یونی، ذره‌ها با مغناطیس‌سپهر اندرکنش پیدا می‌کند و باعث پدید آمدن شفق قطبی و جریان برکلند می‌شود.
ویژگی‌ها > هلیوم مایع

مقالهٔ اصلی: هلیوم مایع
برخلاف دیگر عنصرها، هلیوم در فشار معمولی تا دمای صفر مطلق، مایع باقی می‌ماند. دلیل این پدیده را می‌توان با مکانیک کوانتوم توضیح داد: انرژی نقطهٔ صفر بسیار بالای این سامانه اجازه نمی‌دهد هلیوم جامد شود. هلیوم برای جامد شدن باید به دمایی بین ۱ تا ۱٫۵ کلوین (۴۵۷- فارنهایت یا ۲۷۲- سلسیوس) و فشاری نزدیک به ۲٫۵ مگاپاسکال برسد. معمولاً شناسایی هلیوم جامد از مایع کمی دشوار است؛ چون ضریب شکست هر دو بسیار نزدیک است. هلیوم در حالت جامد دارای نقطهٔ ذوب دقیق است، ساختار بلوری دارد و بسیار تراکم پذیر است تا حدی که با وارد کردن فشار بر آن می‌توان تا بیش از ۳۰ درصد حجم آن را کاهش داد. مدول حجمی آن نزدیک به ۲۷ مگاپاسکال است؛ یعنی تقریباً ۱۰۰ برابر بیشتر از آب تراکم‌پذیر است. چگالی هلیوم جامد در دمای ۱٫۱ کلوین و فشار ۶۶ اتمسفر، ۰٫۲۱۴ ± ۰٫۰۰۶ g/cm۳ و در دمای صفر کلوین و فشار ۲۵ بار (۲٫۵ مگاپاسکال)، ۰٫۱۸۷ ± ۰٫۰۰۹ g/cm۳ است.
ویژگی‌ها > هلیوم مایع > هلیوم I

ایزوتوپ هلیوم-۴ به‌صورت یک مایع بی‌رنگ در زیر دمای نقطه جوش در ۴٫۲۲ درجه کلوین و بالای نقطه لاندا در دمای ۲٫۱۷۶۸ درجه کلوین وجود دارد که به آن هلیوم I گفته می‌شود. همانند دیگر مایعات سرمازا، هلیوم I نیز زمانی که گرم شود، به جوش می‌آید و زمانی دمایش کاهش پیدا کند، دچار انقباض می‌شود. در زیر نقطه لاندا، با این‌حال، هلیوم نمی‌جوشد و هرچه دما کاهش پیدا کند، منبسط می‌شود. هلیوم I دارای ضریب شکست برابر با ۱٫۰۲۶ است که موجب می‌شود سطح آن به‌قدری سخت شود که شناوری یونولیت بر روی آن ممکن شود و اغلب از این روش، به‌عنوان روشی برای پیدا کردن سطح هلیوم I به‌کار می‌رود.
هلیوم I گران‌روی بسیار کمی دارد و چگالی آن در گستره دمایی صفر تا چهار درجه کلوین بین ۰٫۱۴۵ تا ۰٫۱۲۵ گرم بر میلی‌لیتر است که این مقدار، یک چهارم مقداری است که توسط فیزیک کلاسیک پیش‌بینی می‌شود.
برای توضیح این خاصیت هلیوم I، به مکانیک کوانتومی نیاز است و در نتیجه هر دو حالت هلیوم مایع شناخته شده (هلیوم I و هلیوم II)، مایعات کوانتومی نامیده می‌شوند؛ به این معنی که آنها در سطح ماکروسکوپی، خواص اتمی از خود نشان می‌دهند. این موضوع ممکن است به‌خاطر نزدیکی بیش از حد نقطه جوش هلیوم به صفر مطلق باشد که موجب می‌شود جنبش تصادفی مولکولی نتواند بر روی ویژگی اتمی سایه افکند و مانع از بروز آن‌ها شود.
ویژگی‌ها > حالت اتمی

مقالهٔ اصلی: اتم هلیوم
از نقطه نظر مکانیک کوانتومی، هلیوم دومین اتم ساده پس از هیدروژن، برای ساخت مدل کوانتومی است. هلیوم متشکل از دو الکترون در حال چرخش در اوربیتال‌های اتمی است که حول یک هسته دارای دو پروتون و (معمولاً) دو نوترون قرار دارند. در مکانیک نیوتونی، برای سیستم‌های بیش از دو ذره، امکان یافتن آنالیز دقیق ریاضی وجود ندارد (برای این موضوع به مسئله سه جسم رجوع کنید) و هلیوم نیز با داشتن دو الکترون و یک هسته، یک سیستم سه‌ذره‌ای محسوب می‌شود و در نتیجه امکان انجام محاسبات ریاضی با کمک مکانیک کلاسیک برای آن وجود ندارد؛ بنابراین، روش‌های عددی ریاضی برای آنالیز آن مورد نیاز است. روش‌های محاسباتی متداول در شیمی که برای ایجاد تصویری کوانتومی از الکترون استفاده می‌شوند، در برخی از مراحل محاسبه نسبت به مقادیر واقعی، خطایی کمتر از دو درصد دارند. چنین مدل‌هایی نشان می‌دهند که هر الکترون در اتم هلیوم بخشی از هسته را پوشش می‌دهد که در نتیجه چنین پوششی، بار مؤثر هسته‌ای که هر الکترون با آن مواجه است، حدود ۱٫۶۹ واحد است و نه دو واحد؛ که به‌طور کلاسیک از یک هسته نپوشیده هلیوم انتظار می‌رود.
ایزوتوپ‌ها

مقالهٔ اصلی: ایزوتوپ‌های هلیوم
تا کنون ۹ ایزوتوپ برای هلیوم پیدا شده است که از میان آن‌ها هلیوم-۳ و هلیوم-۴ تنها ایزوتوپ‌های پایدار آن‌اند. در هواکرهٔ زمین در برابر هر یک اتم هلیوم-۳، یک میلیون هلیوم-۴ وجود دارد. برخلاف بیشتر عنصرها، فراوانی ایزوتوپ‌های هلیوم بسته به منبع تولید و فرایند پدیداری شان بسیار متفاوت است. فراوان‌ترین ایزوتوپ آن، هلیوم-۴ در زمین از راه واپاشی آلفای عنصرهای پرتوزای سنگین تر تولید می‌شود. پرتوهای آلفای تابیده شده همگی هسته‌های یونیزه شدهٔ هلیوم-۴اند. هلیوم-۴ به طرز غیرمعمولی هستهٔ پایداری دارد چون ذره‌های هسته‌ای آن از آرایش الکترونی پایداری برخوردارند. این ایزوتوپ‌ها در جریان هسته‌زایی مه‌بانگ به فراوانی تولید شدند.
هلیوم-۳ به مقدار بسیار ناچیز یافت می‌شود که بیشتر آن از هنگامهٔ ساخت زمین به جای مانده است. گاهی هلیومِ گیر افتاده در گرد و غبار کیهانی هم وارد زمین شده است. همچنین در اثر واپاشی بتای تریتیوم هم اندکی هلیوم-۳ تولید می‌شود. در سنگ‌های پوستهٔ زمین ایزوتوپ‌هایی از هلیوم پیدا می‌شود که نسبت یک به ده دارد. با توجه به این نسبت‌ها می‌توان دربارهٔ منشأ سنگ‌ها و ساختار گوشتهٔ زمین پژوهش کرد. هلیوم بیش از همه به عنوان محصول واکنش‌های همجوشی در ستاره‌ها پیدا می‌شود؛ بنابراین در محیط‌های میان ستاره‌ای نسبت هلیوم-۳ به هلیوم-۴ نزدیک به صد برابر بیشتر از نسبت آن در زمین است. در ماده‌های فرازمینی مانند سنگ‌های موجود در ماه یا سیارک‌ها می‌توان ردّ پای هلیوم-۳ را از هنگامی که در اثر بادهای خورشیدی پرتاب شدند، پیدا کرد. غلظت هلیوم-۳ موجود در ماه، ۰٫۰۱ ppm است که بسیار بالاتر از مقدار آن، ۵ ppt (یک بخش در تریلیون) در هواکرهٔ زمین است. دسته‌ای از دانشمندان از جملهٔ آن‌ها جرالد کالسینسکی در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد دادند که در سطح ماه جستجو شود و از معدن‌های هلیوم-۳ آن برای واکنش همجوشی هسته‌ای بهره‌برداری شود.
هلیوم-۴ مایع را می‌توان با کمک خنک‌کننده تبخیر ویژه تا نزدیک به ۱ درجه کلوین سرد کرد. روش سردسازی هلیوم-۳ مانند هلیوم-۴ است؛ با این تفاوت که هلیوم-۳ نقطهٔ جوش پایین‌تری (نزدیک به ۰٫۲ کلوین) دارد و این فرایند در سردساز هلیوم-۳ روی می‌دهد. اگر بخواهیم مخلوطی از هلیوم-۳ و هلیوم-۴ با نسبت‌های برابر در زیر ۰٫۸ کلوین داشته باشیم این دو به به دلیل ناهمانندی، به صورت دو بخش مخلوط نشدنی از هم جدا می‌شوند. اتم‌های هلیوم-۴ را بوزونها تشکیل می‌دهد در حالی که در هلیوم-۳ فرمیونها سازندهٔ اتم‌ها هستند. این ویژگی هلیوم در یخچال‌های رقیق‌سازی برای رسیدن به دمای چند میلی‌کلوین به کار می‌آید.
می‌توان به صورت آزمایشگاهی هم ایزوتوپ هلیوم درست کرد، اما این ایزوتوپ‌ها خیلی زود به دیگر ماده‌ها دگرگون می‌شوند. برای نمونه، می‌توان از هلیوم-۵ یاد کرد که دارای کوتاه‌ترین نیمه‌عمر،  ۷٫۶×۱۰−۲۲ 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 می‌تاباند. هلیوم-۷ و هلیوم-۸ هر دو در شرایط ویژهٔ واکنش‌های هسته‌ای پدید می‌آیند. معلوم شده است که هم هلیوم-۶ و هم هلیوم-۸ از خود پدیده‌ای به‌نام هاله هسته‌ای نشان می‌دهند. این موضوع به این معنی است که شعاع به‌دست آمده برای آن‌ها بسیار بیشتر از مقدار پیش‌بینی شده توسط مدل‌های اندازه‌گیری مانند مدل سقوط مایع است.
ترکیبات

مقالهٔ اصلی: ترکیبات هلیوم
هلیوم دارای ظرفیت صفر است و درنتیجه از لحاظ شیمیایی در شرایط معمول، یک عنصر واکنش‌ناپذیر است. هلیوم یک عایق الکتریسیته محسوب می‌شود، مگر این‌که یونیزه شود. همانند سایر گازهای نجیب، هلیوم نیز دارای سطوح انرژی شبه‌پایدار است که موجب می‌شود این عنصر در صورت وجود بار الکتریکی با ولتاژی کمتر از پتانسیل یونیزاسیون خود، یونیزه باقی بماند. هلیوم می‌تواند در زمانی که تحت تخلیه تابشی، بمباران الکترونی یا تبدیل شدن به پلاسما تحت شرایط دیگر، قرار می‌گیرد، با عناصری مانند تنگستن، فلورید، گوگرد و فسفر ترکیبات ناپایداری موسوم به برانگیخته‌پار تشکیل دهد. ترکیبات مولکولی مانند هلیوم نئون (HeNe)، جیوه هلیوم (HgHe۱۰)، تنگستن هلیوم (WHe۲) و گونه‌های مولکولی یونی مانند He۲+ ،He۲+ ،HeH و +HeD به‌این صورت ساخته می‌شوند. ترکیب +HeH دارای حالت پایه پایدار است، اما فوق‌العاده واکنش‌پذیر است؛ به‌طوری که قوی‌ترین اسید برونستدی است که تاکنون شناخته شده است؛ بنابراین می‌تواند تنها به صورت جداشده وجود داشته باشد، زیرا هرنوع مولکول یا یون مخالفی که در مجاورت آن قرار بگیرد، پروتون‌دار می‌شود. این روش همچنین موجب تولید مولکول هلیوم گازی (He۲) و مولکول جیوه هلیوم (HgHe) شده است. ترکیبات وان‌دروالسی هلیوم مانند لیتیم هلیوم (LiHe) و مولکول هلیوم (He۲)، می‌توانند با سرد کردن گاز هلیوم و اتم‌های 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 می‌دهد که دو ترکیب جدید حاوی پیوند هلیوم-اکسیژن می‌تواند پایدار باشد. دو گونه جدید مولکولی CsFHeO و N(CH۳)۴FHeO که به‌صورت نظری پیش‌بینی شدند، مشتق‌هایی از یک آنیون −FHeO ناپایدار هستند که برای اولین‌بار در سال ۲۰۰۵ به صورت نظری توسط یک گروه تحقیقاتی تایوانی وجود آن پیش‌بینی شد. اگر تحقیقات آن را تأیید نماید، تنها عنصری که هنوز هیچ ترکیب پایداری از آن گزارش نشده، عنصر نئون خواهد بود.
اتم‌های هلیوم می‌توانند با اعمال حرارت و تحت فشار زیاد به درون ساختار توخالی قفس کربنی مولکول فولرن وارد شوند. به این نوع مولکول‌های فولرن که دارای گونه خارجی مانند اتم، یون یا خوشه مولکولی در داخل ساختار قفس‌مانند خود هستند، اصطلاحاً فولرن اندوهدرال گفته می‌شود که در دماهای بالا نیز پایدارند. زمانی‌که مشتق‌های این نوع فولرن‌ها تشکیل می‌شوند، هلیوم در داخل ساختار قفس مانند فولرن باقی می‌ماند. اگر هلیوم-۳ برای این منظور استفاده شود، به‌آسانی می‌توان حضور آن را با کمک طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای مشخص کرد.
بسیاری از فولرن‌های حاوی هلیوم-۳ گزارش شده‌اند. اگرچه، اتم‌های هلیوم به صورت کووالانسی یا یونی به ساختار فولرن متصل نشده‌اند، با این‌حال ترکیب فولرن حاصل، مانند تمامی ترکیب‌های شیمیایی استوکیومتری دارای خواص و ترکیب منحصر به‌فرد و مشخص است. تحت فشار زیاد، هلیوم می‌تواند ترکیباتی با عناصر مختلف را تشکیل دهد. کریستال‌های ترکیب کلاترات هلیوم-نیتروژن (۱۱(N۲)He) در دمای اتاق و تحت فشار ۱۰ گیگاپاسکال درون یک سلول سندان الماس رشد داده شده‌اند. مشخص شده است که ترکیب الکترید سدیم هلیوم (Na۲He) که یک عایق الکتریسیته است، در فشار بالای ۱۱۳ گیگاپاسکال، به‌صورت 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 اتم‌های جهان را تشکیل می‌دهد. حدود ۸۸٫۶ درصد از کل اتم‌های جهان هیدروژن هستند؛ بنابراین، حداقل ۹۹٫۹ درصد از کل اتم‌ها شامل اتم‌های هیدروژن یا هلیوم هستند. در مقابل، هلیوم در زمین بسیار نایاب است. این گاز پس از نیتروژن، اکسیژن، آرگون، دی‌اکسید کربن و نئون ششمین گاز فراوان در جو است که تقریباً ۰٫۰۰۰۵۲۴ درصد هوا را تشکیل می‌دهد. تخمین میزان هلیوم در پوسته زمین غیرممکن است. این گاز هنگام خراب شدن اورانیوم و سایر عناصر رادیواکتیو تولید می‌شود. اما اغلب تقریباً بلافاصله به جو فرار می‌کند
به‌طوری‌که 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 می‌تواند نیاز چندین سال بشر را تأمین کند. فعالیت آتشفشانی در کافت شرق آفریقا باعث انتشار گاز هلیوم در صخره‌های کهن می‌شود که در نهایت در میدان‌های کم‌عمق‌تر گاز به تله می‌افتد.
فراوانی و تولید > منابع طبیعی

حدود ۲۳ درصد از جرم باریونی کیهان از هلیوم تشکیل شده است. مقدار زیادی از هلیوم طی فرایندهای هسته‌زایی در زمان مهبانگ در ۱–۳ دقیقه آغازین ایجاد شد. از همین‌رو، اندازه‌گیری میزان فراوانی هلیوم به مدل‌های کیهان‌شناسی کمک می‌کند. در ستاره‌ها، تشکیل هلیوم توسط واکنش همجوشی هسته‌ای هیدروژن در واکنش‌های زنجیره‌ای پروتون پروتون و چرخه پروتون پروتون بخشی از هسته‌زایی ستاره‌ای را تشکیل می‌دهد.
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 می‌شود. در هتروسفر زمین که در قسمت بالایی جو قرار دارد، هلیوم و سایر گازهای سبک‌تر، فروان‌ترین عناصر موجود هستند.
اغلب هلیوم موجود بر روی زمین درنتیجه یک واپاشی هسته‌ای است. هلیوم در مقادیر زیادی در کانی‌های اورانیوم و توریوم مانند اورانینیت و انواع آن مانند کلویت، اورانینیت سیاه،کارنوتیت و مونازیت یافت می‌شود. علت فراوانی هلیوم در این نوع کانی‌ها این است که عناصر پرتوزایی مانند اورانیوم و توریوم ذرات آلفا (هسته اتم هلیوم دارای دوبار مثبت: He+۲) از خود منتشر می‌کنند و این ذرات در زمان برخورد با سنگ‌ها، با دریافت الکترون لازم، موجب تولید هلیوم می‌شود. تخمین زده می‌شود تنها از این طریق، حدود ۳۰۰۰ تن متریک هلیوم در هر سال در سرتاسر سنگ‌کره تولید شود. در پوسته زمین، غلظت هلیوم برابر با ۸ ppb است. در آب دریا، غلظت هلیوم کمتر شده و به ۴ ppt می‌رسد. همچنین، مقادیر کمی از هلیوم در چشمه‌های آب معدنی، گازهای آتش‌فشانی و شهاب سنگ‌های حاوی آهن وجود دارد. به این‌علت که هلیوم در سطح زیر زمین و در شرایطی مشابه با گاز طبیعی به‌دام افتاده است، بزرگ‌ترین منابع طبیعی هلیوم روی زمین، که بیش‌ترین هلیوم استخراج شده تجاری از آنجا تهیه می‌شود، 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.
فراوانی و تولید > ذخایر جهانی

| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| کشور | ذخایر | ذخایر پایه |
| ایالات متحده آمریکا | ۱۵۳ | ۳۵۰ |
| الجزایر | ۶۴ | ۳۰۰ |
| استرالیا | NA | ۶٫۹ |
| کانادا | NA | ۷۲ |
| چین | — | ۴۰ |
| اندونزی | NA | ۱۴ |
| لهستان | ۰٫۹ | ۱۰ |
قطر: ۳۶۰
| روسیه | ۶۰ | ۲۵۰ |
| دیگر کشورها | NA | ۸٫۱ |
| کل | ۶۳۸ | ۱٬۴۱۰ |
با روی کار آمدن تأسیسات مایع‌سازی 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 زمین‌شناسی ایالات متحده منابع جهانی هلیوم را گزراش می‌کند. جدول ۱ برآورد ذخایر هلیوم و پایه ذخیره هلیوم در سال ۲۰۰۸ را نشان می‌دهد. ذخایر منابعی هستند که می‌توانند در زمان تعیین از نظر اقتصادی استخراج یا تولید شوند.
توجه به این نکته حائز اهمیت است که کلیه ذخایر ذکر شده تخمین زده می‌شوند و به استثنای تعداد کمی از ذخایر هیچ‌کدام توسط مؤسسات معتبر تأیید نشده‌اند. 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 پیش‌بینی می‌شود. با این حال، اگر مصرف با نرخ‌های اخیر رشد کند (۴ درصد در سال)، این ذخایر به ۴۰ سال کاهش می‌یابد، 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 کوه‌های راکی در آمریکای شمالی و در کافت شرق آفریقا اعلام شده است.
بازار هلیوم در سال‌های اخیر با کمبود جهانی بین سال‌های ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷ و ۲۰۱۱ و ۲۰۱۳ کاملاً متعادل شده است. ایالات متحده با ۴۰٪ از تولید هلیوم بزرگ‌ترین تولیدکننده جهان است. با این حال، ذخیره ملی هلیوم ایالات متحده در آماریلو، تگزاس، بزرگ‌ترین 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 بدهی‌های 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.
فراوانی و تولید > حامیان حفاظت از منابع

براساس گفته‌های رابرت کلمن ریچاردسون فیزیکدان و برنده جایزه نوبل، در سال ۲۰۱۰ قیمت بازار آزاد هلیوم موجب استفاده‌های بیهوده مانند استفاده از آن برای بالن‌های هلیوم کمک کرده است. قیمت‌ها 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، قیمت‌ها باید ۲۰ برابر شود. او به همراه همکارانش در کتابشان، آینده هلیوم به عنوان یک منبع طبیعی همچنین پیشنهاد ایجاد آژانس بین‌المللی هلیوم برای ایجاد بازار پایدار برای این کالای گرانبها را داده است.
کاربردها

مصرف هلیوم تا فوریه ۲۰۱۹، نمای کلان توسط تحقیقات سرمایه‌گذاری ادیسون
ام‌آرآی (۲۰٪)
فشرده‌سازی و پاکسازی (۶٪)
جوشکاری (۱۷٪)
جوهای کنترل شده (۳٪)
تشخیص نشت (۵٪)
مخلوط‌های تنفسی (۲٪)
آزمایشگاهی (۱۰٪)
الکترونیک (۴٪)
فیبر نوری (۶٪)
ایروستاتیک (۸٪)
دیگر مصارف کروژنیک (۴٪)
دیگر (۱۵٪)
هلیوم در بسیاری از صنایع در سطح جهانی استفاده می‌شود و استفاده از آن در همه زمینه‌های تحقیقات علمی و محیط‌های 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 می‌شد. کاربردهای کرایوژنیک شامل خنک کردن آهنرباهای ابررسانا در اسکنرهای ام‌آرآی پزشکی و طیف‌سنج‌های ان‌ام‌آر است. رتبه‌های بعدی مصرف هلیوم در سال ۲۰۱۴، سیستم‌های فشار و پاکسازی، نگهداری اتمسفرهای کنترل‌شده و تشخیص نشت بود. سایر حوزه‌های 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، تلسکوپ‌ها و دستگاه نظارت بر پرتونگاری هسته‌ای استفاده می‌شود.
کاربردها > کروژنیک

مخلوط هلیوم با گازهای سنگین‌تر مانند زنون، نسبت ظرفیت حرارتی بالا و عدد پرنتل پایینی دارد و برای سردسازی ترموآکوستیک استفاده می‌شود. هلیوم به دلیل اینکه نقطه ذوب و جوش بسیار کمی دارد و در فشار جو جامد نمی‌شود و در صفر درجه کلوین و از نظر شیمیایی بی اثر است به عنوان خنک‌کننده فوق‌العاده استفاده می‌شود. 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 نمی‌شود. استفاده هلیوم در سیستم‌های سردسازی، نسبت به روش‌های قدیمی، دارای مزیت زیست‌محیطی است؛ چون اثرات مخربی مانند تخریب لایه ازون و گرمایش جهانی بر جای نمی‌گذارد.
هلیوم به عنوان یک خنک‌کننده فوق‌العاده برای کاربردهای برودتی مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI), طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR)، شتاب‌دهنده‌های ذرات، برخورد دهنده بزرگ هادرونی، دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID), طیف‌سنجی رزونانس چرخش الکترون (ESR)، ذخیره انرژی مغناطیسی ابررسانا (SMES), ژنراتورهای ابررسانا مغناطیسی ، انتقال قدرت ، انتقال نیروی جذب مغناطیسی، سنسورهای ابررسانا، طیف‌سنج‌های جرمی، آهن‌رباهای ابررسانا، جداکننده مغناطیسی میدان قوی، آهن‌رباهای ابررسانای میدان تورویی برای راکتورهای همجوشی و سایر تحقیقات برودتی استفاده می‌شود. هلیوم مواد ابررسانا را تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد می‌کند، به طوری که مقاومت الکتریکی ابررساناها ناگهان به صفر می‌رسد. مقاومت الکتریکی بسیار کم ابررساناها باعث می‌شود که میدان‌های مغناطیسی قدرتمندتری ایجاد شود. در مورد تجهیزات MRI در بیمارستان‌ها، میدان مغناطیسی قدرتمندتر جزئیات بیشتری را در اسکن عکس رادیولوژی به دست می‌دهد.
برخورددهنده هادرونی بزرگ در سرن از ۹۶ تن هلیوم مایع برای حفظ دما در ۱٫۹ کلوین استفاده می‌کند.
کاربردها > ایروستاتیک

از آنجا که این عنصر از هوا سبک‌تر و دارای چگالی کمتری است، از زمان جنگ جهانی اول از هلیوم به عنوان گاز بالابر برای بالن‌ها، بالن‌های هواشناسی، کشتی‌های هوایی و چشمک زدن استفاده می‌شود و برای پرواز کشتی‌های هوایی به گاز هلیوم رو آورده‌اند. 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 می‌کند، هلیوم این مزیت را دارد که قابل اشتعال نیست و در واقع پیشگیرنده آتش است. کاربرد هلیوم در بالون‌ها بسیار شناخته‌شده است، اما این کاربرد، بخش کوچکی از مصرف این گاز است.
کاربردها > هوافضا

کاربرد دیگر هلیوم، در ساخت راکت است. در این فرایند، هلیوم به عنوان یک ماده تخلیه کننده برای جابجایی سوخت و اکسید کننده‌ها در مخازن ذخیره‌سازی و چگالش کردن هیدروژن و اکسیژن برای ساختن پیشران راکت استفاده می‌شود. فضای خالی بالای مخزن سوخت از هلیوم پر می‌شود تا هم جابجایی سوخت و اکسیدکننده‌ها آسان‌تر شود و هم بتوان با آن هیدروژن و اکسیژن را فشرده کرد تا سوخت موشک به‌دست 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 آژانس‌های فضایی مانند آریاناسپاس و ناسا استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، موشک سترن ۵ که در برنامه آپولو مورد استفاده قرار گرفت، حدود ۳۷۰٬۰۰۰ متر مکعب هلیوم نیاز داشت. همچنین در موشک‌های دلتا IV از هلیوم برای حفظ فشار در مخازن سوخت اکسیژن مایع استفاده می‌شد.
کاربردها > جوشکاری

مقالهٔ اصلی: جوشکاری تیگ
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 جوشکاری در اثر تماس با هوا یا نیتروژن دچار آسیب می‌شوند، به عنوان لایهٔ محافظ یا پوشش عمل می‌کند. جو محافظ هلیوم در اطراف محل جوشکاری از اکسید شدن فلز در حالت مذاب جلوگیری می‌کند. همچنین پتانسیل یونیزاسیون بالای هلیوم امکان جوشکاری قوس پلاسما را برای فلزاتی مانند تیتانیوم، زیرکونیوم، منیزیم و آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده در کشتی‌سازی و هوافضا فراهم می‌کند. تعدادی از گازهای محافظ بی اثر در جوش قوس الکتریکی تنگستن گازی استفاده می‌شود، اما هلیوم به جای گاز ارزان‌تر آرگون به خصوص برای جوشکاری‌هایی که رسانندگی گرمایی بیشتری دارند؛ مانند آلومینیوم یا مس استفاده می‌شود. از آنجا که هلیوم می‌تواند توسط آرگون یا هیدروژن جایگزین شود، اما برای جوشکاری قوس پلاسما برخی مواد مانند تیتانیوم نمی‌تواند 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. مخلوط‌های آرگون-هلیوم اغلب در جوشکاری تیگ مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا می‌توانند کنترل ورودی حرارتی را افزایش دهند در حالی که مزایای استفاده از آرگون را حفظ می‌کنند. به‌طور معمول، این مخلوط‌ها در درجه اول با هلیوم (غالباً حدود ۷۵٪ یا بالاتر) و تعادل آرگون ساخته می‌شوند. این مخلوط سرعت و کیفیت جوشکاری متناوب آلومینیوم و نفوذ جوش در یک اتصال را افزایش می‌دهند و همچنین برخورد با قوس را آسان می‌کنند. این نوع جوشکاری با عنوان جوشکاری هلیارک شناخته می‌شود.