ヘリウム
天然に存在するヘリウムの同位体には、陽子2つと中性子1つからなる「ヘリウム3」と、陽子2つと中性子2つからなる「ヘリウム4」の2種類がある。ヘリウム3は、地球の大気中においてはヘリウム4に対して100万分の1の量しか存在しないため、原子炉で生成されたものが利用される。原子炉内でリチウム6に中性子を照射すると三重水素とヘリウム4ができ、この三重水素がベータ崩壊(半減期12.5年)してヘリウム3となる。
それだけではなく、人工的に作られた同位体としては、ヘリウム6、ヘリウム8、ヘリウム10などがある。
ヘリウムの同位体を用いた地球化学的な応用は大きく分けて2つある。まず、ヘリウム3をトレーサーとして用い、地球物質の循環を探ることである。もうひとつは岩石中に天然に存在する放射性同位体であるウランやトリウムのアルファ崩壊にともなって放出されるヘリウム4の蓄積量から、その岩石の生成年代を求めること(U, Th/He 放射年代測定)である。
陽子2個と中性子2個で構成されているヘリウム4の原子電子配置図。
ヘリウム3とヘリウム4の原子電子配置図。
陽子2個と中性子3個で構成されているヘリウム5の原子電子配置図。
ガスクロマトグラフィーなどのキャリヤーガスとしても使用される。 液体ヘリウムはロケットの噴射口を守る冷却剤、シリコンやゲルマニウム結晶の保護材、あるいは原子炉の冷却材、超音速風洞実験での充満ガス、タンデム加速器の超伝導ブースターなどに用いられている。 ヘリウムの同位体のひとつであるヘリウム3は核融合発電の燃料としての利用が考えられている。しかし、現在熱核融合炉で想定されている温度の領域では、三重水素(トリチウム)燃料の場合に比べて核融合反応が起こりにくいうえ、地球上で天然に採取することはほとんど不可能である。 ヘリウムは分子が小さく、きわめて微小な孔にも浸入可能であるため(ヘリウムを詰めた風船が時間が経つと小さくしぼみ、浮力が落ちるのはこのためである)、配管のリーク(漏れ)を高精度で非破壊検査するのに用いられることがある(配管に気体のヘリウムを流してヘリウムリークディテクタで漏れを検知する)。前述の特徴のほか、化学的に安定で人畜に無害、また大気中にほとんど存在しないため誤検出の心配がないなど、この用途には理想的な物質であるとされている。しかしわずかな隙間にも侵入するため、潜水艦や減圧室などヘリウムの混合ガスを使用する状態において、防水として設計された時計などの隙間にも侵入し、圧力変化によって腕時計のガラスを吹き飛ばしてしまうことがある。このため、一部のダイバーズ・ウォッチにはヘリウム・エスケープ・バルブがついており、この機構で内部のヘリウムを自動的に外へ逃がすことができる。水素に次いで軽い気体であるため、ポンプなどを使って移動させるときに少ないエネルギーで素早く移動させることができる。 能美防災の民生用蓄圧式消火器には、窒素の代わりに圧力源として使われている。
輸入価格の上昇はアメリカのヘリウム国家備蓄が2021年の民営化を目指し残った備蓄を払い下げた際、1社が買い占めたことで輸入が難しくなったことや、中東の政治情勢によりカタールからの輸入コストが上昇したこと、中国の需要増加などが要因とされる。
2016年 タンザニアで大規模なヘリウムガス田が発見されたと報道された。
世界全体の生産量はアメリカ(約60 %)とカタール(約30 %)でありほぼ2国で需要をまかなっているが、ロシアのガスプロムが極東での生産を計画しているほか、カタールやアルジェリアでも新工場の建設が進んでいることもあり、将来的には複数国での生産に移行すると予測されている
国際海上での『ヘリウムガス』輸送用に、『ユニオンヘリウム』が所有している40ft型、タンクコンテナ。※コンテナ個々のISO 6346#構造区分コード不明。【 兵庫県・神戸ポートアイランドにて】
国際海上での『ヘリウム』輸送用に、アメリカ 『LINDE LLC』 が所有している40ft型、タンクコンテナ。※コンテナ個々の構造区分コード(42TG)使用。【兵庫県・神戸ポート・アイランドにて】
国際海上での『ヘリウムガス』輸送用に、『日本エア・リキード』が所有している40ft型、タンクコンテナ。※コンテナタイプコード(FXX 4278)使用。【兵庫県・神戸ポートアイランドにて】
国際海上での『ヘリウムガス』輸送用に、『大陽日酸』が所有している40ft型、タンクコンテナ。※コンテナ個々の構造区分コード不明。【 東京都・大井埠頭にて 】