مصارف گاز هلیوم

مصارف گاز هلیوم در محدوده وسیعی از کاربرد ها تعریف می شود. زیرا هلیوم خواص ویژه ای دارد که آن را به یک گاز منحصر به فرد تبدیل می کنند.

مصارف گاز هلیوم در خنک سازی

یکی از ویژگی های مهم و منحصر به فرد گاز هلیوم قدرت خنک کنندگی فوق العاده ی آن است. از این ویژگی برای خنک کردن ابر آهنربای دستگاه های همچون ام آر آی استفاده می شود.

مصارف گاز هلیوم در بالن

گاز هلیوم دومین گاز سبک پس از هیدروژن است و از آن برای بلند کردن بالن ها در هوا نیز استفاده می شود. البته سیستم هایی برای بازیافت گاز هلیوم نیز در نظر گرفته می شود تا این گاز گرانقیمت هدر نرود.

مصارف گاز هلیوم در جوشکاری

از هلیوم به عنوان گاز محافظ در جوشکاری قوس الکتریکی و جوشکاری قوس پلاسما استفاده می شود. حفاظ هلیومی در اطراف محل جوشکاری مانع می شود تا فلز ذوب شده در مجاورت هوا اکسید شود. هیدروژن و آرگون نیز می توانند اثر حفاظتی داشته باشند اما گاز هلیوم بر خلاف هیدروزن گاز امن و غیر آتشگیری نیز هست.

تشخیص نشتی

مولکول های گاز هلیوم بسیار کوچک و تک هسته ای هستند. به همین دلیل از ریز ترین روزنه ها عبور می کنند. معمولاً برای تشخیص نشتی محفظه با هلیوم پر می شود و در صورت وجود نشتی، طیف سنج جرمی وجود هلیوم در محل نشت را تشخیص خواهد داد. از هلیوم برای تشخیص نشتی در موشک ها، مخازن سوخت، مبدل های حرارتی، خطوط گاز، دستگاه های الکترونیکی مختلف و دیگر تولیدات کارخانه ای استفاده می شود. از مخلوط هلیوم با هیدروژن نیز برای تشخیص نشتی استفاده می کنند.

کروماتوگرافی گازی

هلیوم به عنوان گاز حامل در کروماتوگرافی یا سوانگاری گازی استفاده می شود. زیرا هلیوم گازی واکنش ناپذیر و دارای خلوص بالایی است. کروماتوگرافی گازی در انجام آزمایش های زیادی نقش حیاتی دارد و نتایج آن می تواند مشخص کننده ی بسیار یاز مجهولات باشد.

تولید مواد نیمه رسانا

هلیوم به علت عدم نفوذ شیمیایی و به عنوان گاز خنک کننده در تولد مواد نیمه رسانا کاربرد دارد. هم چنین به عنوان گاز محافظ حخین رشد بلور های سیلیکون و ژرمانیوم نقش ایفا می کند.

تولید فیبر نوری

طی تولید فیبر های نوری از گاز هلیوم به عنوان خنک کننده به علت قدرت هدایت حرارتی بسیار بالا استفاده می شود.

بستر انتقال حرارت در رآکتور های هسته ای

در رآکتور ها یا واکنش گاه های هسته ای هلیوم به عنوان کارآمد ترین گاز در هدایت حرارتی و خنک سازی کاربرد دارد. ضمناً هلیوم باعث خوردگی نمی شود و فاکتور ضریب نوترون را نیز تحت تاثیر قرار نمی دهد.

گازی برای تنفس

از مخلوط هلیوم و اکسیژن به عنوان گازی برای تنفس غواصان در فشار بالای اعماق دریا و همچنین برای بیماران ریوی استفاده می شود. زیرا این گاز سمی نیست و به علت چگالی کمی که دارد تنفس اکسیژن را نسبت به هوای معمولی راحت تر می کند.

استفاده به عنوان گاز لیزر، گاز حامل پودر برای پوشش فلزات، اسفاده در هارد درایو، تلسکوپ خورشیدی (برای کاهش اثرات تحریک دمایی بر لنز ها) از دیگر مصارف گاز هلیوم هستند.

منبع: مصارف گاز هلیوم

آیا گاز هلیوم خطرناک است؟

تنفس گاز هلیوم در مهمانی ها و تغییر صدا به یک تفریح تبدیل شده است و این سوال را پیش می آورد که آیا گاز هلیوم خطرناک است؟

گرچه هلیوم گاز واکنش پذیری نیست و از نظر شیمیایی خطری ندارد، می تواند از جنبه های دیگری خطرناک باشد. تنفس گاز هلیوم خالص، گاز اکسیژن را از دسترسی بدن خارج می کند. اگر استنشاق گاز هلیوم به صورت مکرر و پشت سر هم انجام شود می تواند سطح اکسیژن خون را به حد خطرناکی برساند. کم شدن اکسیژن در خون ممکن است منجر به آسیب های جبران ناپذیر مغزی شود.

علائم کمبود اکسیژن در خون در اثر تنفس گاز هلیوم

گاز اکسیژن تنها عنصر موجود در هواست که ضامن حیات انسان است. در صورت استنشاق گاز هلیوم و کمبود خطرناک گاز اکسیژن در خون علائمی مانند سرگیجه، حالت تهوع، استفراغ، از دست دادن هشیاری و در حاد ترین شرایط مرگ را در پی خواهد داشت.

استنشاق هلیوم از کپسول

معمولاً در مهمانی ها گاز هلیوم را از درون بادکنک وارد ریه ها می کنند و با یکی دو تنفس هم تمام گاز بادکنک تخلیه می شود و امکان کم شدن اکسیژن خون در وضعیت خطرناک نیست. اما مشکل آنجاست که فردی اقدام به تنفس گاز هلیوم از کپسول کند. کپسول های گاز هلیوم معمولاً گاز را با فشار خارج می کنند و به همین دلیل می تواند فشار زیادی به ریه ها وارد کرده و باعث آسیب و جراحت داخلی شوند.

خطر هلیوم مایع

هلیوم مایع دمای بسیار پایینی دارد و اگر به صورت مایع با بافت بدن به ویژه پوست تماس پیدا کند، منجر به سوختگی شدید و آسیب های دیگر پوستی می شود.

هلیوم و طبیعت

گاز هلیوم یک گاز بی اثر و از نظر شیمیایی بی خطر است که در میدان های گازی طبیعی یافت می شود. استخراج و استفاده ی هلیوم برای طبیعت خطر و آلودگی ندارد و تنها مشکل این است که منابع هلیوم در کره زمین محدود هستند و مانند نفت باید در استفاده از آن صرفه جویی شود. در این راستا فناوری های بازیافت هلیوم نیز مورد توجه زیادی قرار گرفته اند.

مرگ با گاز هلیوم

آمار ها نشان می دهند که مرگ با گاز هلیوم در دنیا نادر است. از طرفی ترکیب گاز هلیوم و اکسیژن با نام تجاری هلیوکس (heliox) برای کمک به بیماران مبتلا به مشکلات تنفسی استفاده می شود. این ترکیب به دلیل داشتن چگالی کمتر به راحتی درون مجاری تنفسی جاری می شود و اکسیژن لازم را وارد ریه های فرد بیمار و یا غواصان در عمق زیاد دریا می کند.

ممکن است در این مورد نیز برخی سوال کنند که آیا گاز هلیوم خطر ناک است؟ پاسخ این است که به خاطر وجود اکسیژن هیچ خطری متوجه بیمار نیست.

منبع:  آیا گاز هلیوم خطرناک است؟

انواع کاربرد گاز هلیوم در پزشکی چیست ؟

کاربرد گاز هلیوم در پزشکی کاربردی حیاتی است. هلیوم منابع محدودی دارد و نگرانی در مورد اتمام منابع این گاز فرا تر از نگرانی در مورد نبود بادکنک هلیومی در مهمانی هاست. این عنصر کمیاب در حالت مایع دمای بسیار بسیار پایینی دارد و از آن برای خنک کردن آهنربای ابر رسانا در دستگاه های ام آر آی استفاده می شود. حدود یک سوم از هلیوم تولید شده در دنیا در ابزار های پزشکی اینچنینی و بیشترین درصد باقیمانده در صنایع به کار می رود.

صنعت تولید هلیوم

کل تولیدات گاز هلیوم در جهان وابسته به تولید این گاز از 14 سایت فعال در جهان است. حدود 40% از تولیدات کپسول گاز هلیوم متعلق به ایالات متحده آمریکا است. الجزیره، قطر، روسیه نیز از دیگرتولید کنندگان مهم این گاز در جهان به شمار می روند. توسعه پزشکی و صنعت تعادل بین عرضه و تقاضای گاز هلیوم را بر هم زده است.

اکتشاف هلیوم

هلیوم به طور طبیعی در پوسته زمین یافت می شود و شرکت های حفاری گاز، ممکن است به طور تصادفی منابع این گاز را اکتشاف کنند. اکتشافات گاز هلیوم در آسیا به ندرت گزارش شده است.

تاریخچه درمان با گاز هلیوم

در سال 1926 برای اولین بار محققان متوجه شدند که مخلوط گاز هلیوم و اکسیژن می تواند بدون هیچ ضرری از سوی انسان ها تنفس شود. مخلوط این دو گاز که به نام تجاری Heliox شناخته شده اند، کم کم جایگزین مخلوط نیتروژن و اکسیژن شد.

این مخلوط یک سوم وزن هوا را داراست و به دلیل داشتن وزن کم در بهبود جریان اکسیژن در ریه افراد مبتلا به انسداد ریوی یا دیگر مشکلات تنفسی کمک می کند. هلیوم هیچگونه عوارضی ایجاد نکرده و حالت تخدیر و بیهوشی نیز در پی ندارد.

هلیوم و دستگاه تنفسی

جریان یافتن یک گاز به چگالی و گرانروی هر یک از عناصر آن وابسته است. هلیوم با داشتن چگالی کم باعث بهبود جریان هوا و مقاومت کمتر دستگاه تنفسی در برابر ورود آن است.به دلیل این ویژگی از گاز هلیوم در کپسول های غواصی نیز استفاده می شود.

هلیوم و دستگاه قلبی عروقی

تحقیقات نشان داده اند که گاز هلیوم در محافظت از بافت قلب در برابر ایسکمی نقش دارد.

هلیوم و اعصاب

برخی از بیماری های عصبی در اثر فشار زیاد بر اعصاب ایجاد می شوند و برخی از دانشمندان طی تحقیقات خود نشان داده اند که درمان با هلیوم برای آسیب مغزی شدید دارای اثرات محافظتی بر اعصاب بوده است. همچنین تحقیق روی موش ها مشخص کرده است که استفاده از لیزر هلیوم-نئون منجر به افزایش تکثیر سلولی می شود.

تنوع کاربرد های هلیوم

خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی که هلیوم دارد،  از جمله انحلال پذیری کم، هدایت حرارتی بالا و تراک کم و همچنین نتایج مثبتی که تحقیقات در مورد استفاده از هلیوم نشان داده اند، همگی باعث شده است که کاربرد گاز هلیوم در پزشکی بسیار گسترده شود.

هلیوم مایع چیست

ﻫﻠﯿﻮم ﻣﺎﯾﻊ در ﺻﻨﻌﺖ ﭘﺰﺷﮑﯽ و آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻫﯽ ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎی ﻓﺮاواﻧﯽ دارد. ﻫﻠﯿﻮم ﻣﺎﯾﻊ ﺑﺎ دﻣﺎی 269- درﺟﻪ ﺳﺎﻧﺘﯿﮕﺮاد ﺗﻨﻬﺎ ﻣﺎده ﺳﺮدﮐﻨﻨﺪه ای اﺳﺖ ﮐﻪ ﻣﯽ ﺗﻮان از آن در ﺻﻨﺎﯾﻊ اﺑﺮرﺳﺎﻧﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد. ﯾﮑﯽ از ﮐﺎﺑﺮدﻫﺎی آن ﺧﻨﮏ ﻧﮕﻪ داﺷﺘﻦ ﻗﺴﻤﺖ آﻫﻦ رﺑﺎی دﺳﺘﮕﺎه و دﺳﺘﮕﺎه ﻃﯿﻒ ﺳﻨﺠﯽ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ.

هلیوم مایع و مایع سازی هلیوم

هلیوم مایع در فشار استاندارد، در دمای کمتر از 270- درجه سانتیگراد یا 4 کلوین امکان ظهور پیدا می کند و در دما های بالاتر، عنصر هلیوم به شکل گازی موجود است. البته تغییر فشار می تواند این دما را تغییر دهد. یعنی در فشار های بالاتر می توان با وجود دمای بالا هلیوم را به صورت مایع مشاهده کرد.

عنصر هلیوم برای اولین بار در دهم ماه ژانویه 1908 توسط فیزیکدانی هلندی به نام اونس در دانشگاه لیدن در هلند به شکل مایع درآمد. در آن زمان، هلیوم عنصری نا شناخته بود و طیف جرمی آن هنوز مشخص نشده بود. در دهه های اخیر از گاز هلیوم به عنوان خنک کننده در دستگاه هایی مانند MRI، NMR و MEG و همچنین برای ابزار آزمایشگاهی مانند طیف سنجی در دمای پایین استفاده شده است.

مشخصات هلیوم مایع

دمای مایع شدن هلیوم بسیار کم است زیرا بر هم کنش اتم ها هلیوم با یکدیگر ضعیف هستند. نیرو های بین اتمی در هلیوم به دلیل اینکه هلیوم یک گاز نجیب و غیر واکنش پذیر است تمایل زیادی به برهم کنش ندارند. این عدم تمایل به علل فیزیک کوانتومی نیز کمتر از حد مورد انتظار است. حجم اتمی در هلیوم کم است و از این رو در هلیوم مایع سطح انرژی به دلیل فاصله ی زیاد اتم ها از یکدیگر، کمتر می شود. به علت فاصله ی زیادی که اتم ها از هم دارند، تمایل به بر هم کنش کمتر از حد انتظار است.

منبع: هلیوم مایع چیست؟

ویژگی های کپسول گاز هلیوم چیست؟

یکی از ویژگی های مهم گاز هلیوم این است که گاز هلیوم غیر قابل اشتعال است. هلیوم گاز نجیب و بی اثری است که به هیچ عنوان با عناصر دیگر وارد واکنش نمی شود. همان طور که می دانید، برای اشتعال و آتش گرفتن نیاز است که عناصر با اکسیژن ترکیب شوند. امنیت هلیوم به حدی است که برای خنک کردن داغ ترین و حساس ترین ابزار مانند موتور موشک، دستگاه های ام آر آی و شتاب دهنده های ذره ای از آن استفاده می شود.

چرا برخی از افراد به اشتباه تصور میکنند که هلیوم اشتعال پذیر است ؟

از گاز هلیوم برای پر کردن بادکنک های شناور برای تزیین مجالس و مهمانی ها استفاده می شود. این ویژگی گاز هلیوم در شناور کردن بادکنک ها به دلیل داشتن وزنی سبکتر از هوا است. یکی دیگر از عناصر گازی جدول مندلیف یعنی هیدروژن نیز این ویژگی را دارد با این تفاوت که برخلاف هلیوم کاملاً اشتعال پذیر است و می تواند در معرض جرقه ای شعله ور شودو مهمانی را به فاجعه بدل کند.

از طرفی به دلیل ارزان تر بودن و استحصال راحت تر در موارد زیادی به جای گاز هلیوم از هیدروژن استفاده می شود که البته دارای استاندارد ایمنی نبوده و بسیار خطرناک است.

اشتعال پذیری نیتروژن

گاز دیگری که در کنار گاز هلیوم برای مصارف مشابه استفاده می شود نیتروژن است. یکی از کاربرد های گاز هلیوم خنک سازی ابزار ها است و در مواردی گاز نیتروژن مایع نیز برای این کار استفاده می شود. گاز نیتروژن نیز مانند هلیوم اشتعال پذیر نیست. اما در مجاورت آتش می تواند اکسید های خطرناکی را تولید کند. در صورتی که گاز هلیوم اکسید خطرناکی تولید نمی کند و چون گازی بی اثر است نه تنها با اکسیژن با هیچ عنصر دیگری نیز واکنش نداده و کاملاً گازی بی خطر و ایمن است.

منبع: ویژگی های کپسول گاز هلیوم چیست؟