هلیوم

عنصری با عدد اتمی ۲
(تغییرمسیر از هلیم)

هِلیوم یا هلیُم (به انگلیسی: Helium) با نشان شیمیایی He یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲ و وزن اتمی ۴٫۰۰۲۶۰۲ است. این عنصر، بی‌بو، بی‌رنگ، بی‌مزه، غیرسمّی و از دیدگاه شیمیایی بی‌اثر و تک اتمی است که در جدول تناوبی در بالای گروه گازهای نجیب جا دارد.[الف]دمای ذوب و جوش این ماده در میان دیگر عنصرها بسیار پایین است، به‌همین دلیل در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به صورت گازی است مگر این‌که تحت شرایط بسیار ویژه‌ای قرار داشته باشد.

هلیوم، 2He
Helium discharge tube.jpg
گاز بی‌رنگ، هنگامی که در یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا قرار گیرد رنگی نارنجی مایل به قرمز خواهد داشت.
هلیوم
تلفظ‎/ˈhliəm/‎ (HEE-lee-əm)
جرم اتمی استاندارد Ar, استاندارد(He)۴٫۰۰۲۶۰۲(۲)[۱]
هلیوم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)


He

نئون
هیدروژنهلیوملیتیم
عدد اتمی (Z)2
گروه۱۸
دورهدوره ۱
بلوکبلوک-s
دسته گاز نجیب
آرایش الکترونی1s2
لایه الکترونی۲
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPگاز
نقطه ذوب۰٫۹۵ کلوین
(۲۷۲٫۲۰− سانتی‌گراد ​) (در ۲٫۵ مگاپاسکال)
نقطه جوش۴٫۲۲۲ کلوین
(۲۶۸٫۹۲۸− سانتی‌گراد ​)
چگالی
(در STP)
۰٫۱۷۸۶ گرم/لیتر
در حالت مایع (در m.p.)۰٫۱۴۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب
در حالت مایع (در b.p.)۰٫۱۲۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب
نقطه سه‌گانه۲٫۱۷۷ کلوین • ​۵٫۰۴۳ کیلوپاسکال
نقطه بحرانی۵٫۱۹۵۳ کلوین • ۰٫۲۲۷۴۶ مگاپاسکال
آنتالپی ذوب۰٫۰۱۳۸ ژول بر مول
آنتالپی تبخیر۰٫۰۸۲۹ کیلوژول بر مول
ظرفیت حرارتی مولی۲۰٫۷۸ ژول بر (مول در کلوین)[۲]
فشار بخار (براساس ITS-90)
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) ۱٫۲۳ ۱٫۶۷ ۲٫۴۸ ۴٫۲۱
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش0
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: بدون اطلاعات
انرژی یونش
  • اول: ۲۳۷۲٫۳ کیلوژول بر مول
  • دوم: ۵۲۵۰٫۵ کیلوژول بر مول
شعاع کووالانسی۲۸ pm
شعاع واندروالسی۱۴۰ pm
Color lines in a spectral range
خطوط طیف نوری هلیوم
دیگر ویژگی‌ها
ساختار بلوریشبکه کریستالی هگزاگونال فشرده (hcp)
Hexagonal close-packed ساختار کریستالی برای هلیوم
سرعت صوت۹۷۲ متر بر ثانیه
رسانندگی گرمایی۰٫۱۵۱۳ وات بر (کلوین در متر)
مغناطیسدیامغناطیس[۳]
پذیرفتاری مغناطیسی۱۰−۶×۱٫۸۸− سانتی‌متر مکعب بر مول (۲۹۸ کلوین)[۴]
شماره ثبت سی‌ای‌اس۷۴۴۰-۵۹-۷
تاریخچه
ناماز واژهٔ یونانی هلیوس به معنای «ایزد خورشید» گرفته شده‌است
کشفژول ژانسن، نورمن لاکیر (۱۸۶۸)
نخستین جداسازیویلیام رمزی، پر تئودر کلیو، نیلز آبراهام لانگلت (۱۸۹۵)
ایزوتوپ‌های اصلی هلیوم
ایزوتوپ فراوانی طبیعی نیمه‌عمر (t۱/۲) واپاشی هسته‌ای محصول واپاشی
3He ۰٫۰۰۰۲٪ ضریب ایزوتوپ پایدار با ۱ نوترون
4He ۹۹٫۹۹۹۸٪ پایدار با ۲ نوترون
رده رده: هلیوم
| منابع اطلاعاتی عناصر شیمیایی

هلیوم بعد از هیدروژن دومین عنصر سبک کیهان است و از لحاظ فراوانی هم باز بعد از هیدروژن در جایگاه دوم قرار می‌گیرد؛ گرچه با وجود کاربردهای بسیار مهم و حیاتی که دارد، بر روی زمین بسیار کمیاب است. نزدیک به ۲۴٪ از جرم گیتی، سهم این عنصر است که این مقدار بیش از ۱۲ برابر ترکیب تمام عنصرهای سنگین است. هلیوم به همان صورت که در خورشید و مشتری یافت می‌شود در جهان پیدا می‌شود و این به دلیل انرژی بستگی (به ازای هر هسته) بسیار بالای هلیوم-۴ نسبت به سه عنصر دیگر پس از آن، در جدول تناوبی است. بیشتر هلیوم موجود در کیهان، هلیوم-۴ است و گمان می‌رود که در جریان مه‌بانگ پدید آمده باشد. امروزه با کمک واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در ستاره‌ها، گونه‌های تازه‌ای از هلیوم ساخته شده‌است.

واژهٔ هلیوم از واژهٔ یونانی هلیوس، به معنای «ایزد خورشید» گرفته شده‌است. زمانی که هنوز هلیوم شناخته نشده بود، ستاره‌شناس فرانسوی ژول ژانسن در جریان خورشیدگرفتگی سال ۱۸۶۸ برای نخستین بار در طیف‌سنجی نور خورشید، خط زرد طیفی هلیوم را دید؛ برای همین، هنگامی که از نخستین کسانی که هلیوم را شناسایی کردند یاد می‌شود، نام ژول ژانسن در کنار نام نورمن لاکیر جای می‌گیرد. در جریان همان خورشیدگرفتگی، نورمن لاکیر پیشنهاد کرد این خط زرد می‌تواند به دلیل یک عنصر تازه باشد. دو شیمی‌دان سوئدی با نام‌های پر تئودر کلیو و نیلز آبراهام لانگلت در سال ۱۸۹۵ این عنصر را شناسایی و اعلام کردند. آن‌ها هلیوم را از سنگ کلویت که کانی اورانیوم است، به‌دست آوردند. در سال ۱۹۰۳ منابع بزرگ هلیوم در میدان‌های گازی ایالات متحده پیدا شد که یکی از بزرگترین منابع این گاز است.

یکی از کاربردهای مهم هلیوم در سرماشناسی است. نزدیک به یک-چهارم هلیوم تولیدی در این زمینه بکار می‌رود. ویژگی خنک‌سازی هلیوم به ویژه در خنک کردن آهن‌رباهای ابررسانا مهم است. این آهن‌رباها به صورت تجاری در اسکنرهای ام‌آرآی کاربرد دارد. کاربرد صنعتی دیگر هلیوم در فشار وارد کردن برای نمونه به عنوان گاز تخلیه‌کننده‌است. همچنین به عنوان هوای محافظ در جوشکاری با قوس الکتریکی، در فرایندهایی مانند کشت بلورها در ساخت قرص‌های سیلیسیم از این گاز بهره برده می‌شود. نزدیک به نیمی از هلیوم تولیدی در این زمینه کاربرد دارد.

یکی دیگر از کاربردهای شناخته شدهٔ هلیوم در ویژگی بالابری در بالون‌ها و کشتی‌های هوایی است. تنفس حجم اندکی از گاز هلیوم می‌تواند برای چندی در کیفیت و زنگ صدای انسان تأثیر بگذارد. این اثرگذاری تنها از آن هلیوم نیست بلکه هر گازی که چگالی متفاوتی با هوا داشته باشد از این ویژگی برخوردار است. در پژوهش‌های دانشگاهی، رفتار دو فاز سیال هلیوم-۴ (هلیوم I و هلیوم II) در بحث‌های مربوط به مکانیک کوانتوم یا پژوهش دربارهٔ پدیده‌هایی مانند ابررسانایی که با دماهای نزدیک به صفر مطلق در ماده پدید می آید، مهم است.

هلیوم در هواکُرهٔ زمین بسیار کمیاب است (نزدیک به ۰٫۰۰۰۵۲٪ حجمی). بیشتر هلیومی که در خاک زمین پیدا می‌شود در اثر واپاشی هسته‌ای طبیعی در عنصرهای سنگین پرتوزا مانند اورانیوم و توریوم پدید آمده‌است؛ به این ترتیب که در اثر واپاشی، ذره‌های بتا از عنصر تابیده شده و هستهٔ هلیوم-۴ به‌دست آمده‌است. هلیوم به‌دست آمده از واپاشی به آسانی به صورت فشرده با درصدی نزدیک به ۷٪ حجمی، در دام گاز طبیعی گرفتار می‌شود. سپس می‌توان با روش‌های صنعتی و به صورت تجاری با کاهش دمای آمیختهٔ هلیوم و گاز طبیعی، هلیوم را از دیگر گازها جدا ساخت. این روش تقطیر جزء به جزء نام دارد.

تاریخچهویرایش

اکتشافات علمیویرایش

 
ویلیام رمزی، کاشف هلیوم بر روی زمین
 
نمونه‌ای از کلویت که رمزی از آن برای تهیه اولین محصول هلیوم خالص، استفاده کرد.[۱۱]

نخستین نشانهٔ هلیوم در ۱۸ اوت سال ۱۸۶۸ به صورت یک میلهٔ زرد رنگ در طول موج ۵۸۷٫۴۹ نانومتر در طیف‌سنجی فام‌سپهر خورشید دیده شد. این خط زرد رنگ را ستاره‌شناس فرانسوی ژول ژانسن در هنگام یک خورشیدگرفتگی کامل در گونتور هند شناسایی کرد.[۱۲][۱۳] نخست گمان برده شد که شاید این خط زرد، سدیم است. در ۲۰ اکتبر همان سال، ستاره‌شناس انگلیسی، نورمن لاکیر یک خط زرد رنگ در طیف‌سنجی نور خورشید پیدا کرد و چون این خط نزدیک به خط‌های شناخته شدهٔ D۱ و D۲ سدیم بود، آن را D۳ خط‌های فرانهوفر نامید.[۱۴] او حدس زد که این خط باید توسط یک عنصر درون خورشید که در زمین ناشناخته‌است، پدید آمده باشد. لاکیر و شیمی‌دان انگلیسی ادوارد فرانکلند واژهٔ یونانی ایلیوس[a] (یا هلیوس) به معنی «خورشید» را برای این عنصر برگزیدند.[۱۵][۱۶] در ۱۸۸۱، فیزیک‌دان ایتالیایی، لوئیجی پالمیری، هنگامی که خط‌های طیفی D۳ گدازه‌های آتشفشان وزوو را پردازش می‌کرد توانست برای نخستین بار هلیوم را در زمین شناسایی کند.[۱۷]

در ۲۶ مارس ۱۸۹۵ شیمی‌دان اسکاتلندی ویلیام رمزی توانست، هلیوم کانی کلویت را با کمک اسیدهای معدنی، به دام اندازد. کلویت، آمیخته‌ای از اورانینیت و دست کم ۱۰٪ عنصرهای خاکی کمیاب است. رمزی در جستجوی آرگون بود اما پس از جداسازی نیتروژن و اکسیژن از گاز آزاد شده با کمک اسید سولفوریک، در طیف‌سنجی خود به یک خط زرد روشن رسید که با خط D۳ دیده شده در طیف‌سنجی خورشید هماهنگ بود.[۱۴][۱۸][۱۹][۲۰] این نمونه‌ها از سوی لاکیر و فیزیک‌دان بریتانیایی، ویلیام کروکز به عنوان هلیوم شناسایی شد. در همان سال به صورت مستقل، دو شیمی‌دان با نام‌های پر تئودر کلیو و نیلز آبراهام لانگلت، در اوپسالای سوئد توانستند هلیوم کلویت را به دام اندازند. آن‌ها به اندازهٔ کافی این گاز را جمع‌آوری کردند که بشود وزن اتمی آن را دقیق به‌دست‌آورد.[۱۳][۲۱][۲۲] دانشمند آمریکایی زمین‌شیمی، ویلیام فرانسیس هیله‌براند پیش از دست‌آورد رمزی، هنگام طیف‌سنجی نمونه کانی‌های اورانینیت دریافته بود که خط‌های طیفی غیرمعمولی در نتیجه‌هایش پیدا می‌شود. اما هیلبرند گمان کرد که این خط‌های طیفی مربوط به نیتروژن است. نامهٔ تبریک او به رمزی چیزی نزدیک به یک کشف علمی در نظر گرفته می‌شود.[۲۳] در سال ۱۹۰۷ ارنست رادرفورد و توماس رویدز نشان دادند که ذره‌های آلفا همان هستهٔ هلیوم‌اند. آن‌ها برای این کار، اجازه دادند تا ذره‌ها در دیوار شیشه‌ای نازک یک لولهٔ تهی نفوذ کند. سپس لوله را تخلیه کردند تا گاز تازهٔ جمع شده در آن را طیف‌سنجی کنند. در سال ۱۹۰۸ یک فیزیک‌دان هلندی به نام هایک کامرلینگ اونس توانست دمای هلیوم را به زیر یک کلوین برساند و آن را مایع کند.[۲۴] او در ادامه تلاش کرد تا دمای هلیوم را پایین‌تر آورد و آن را جامد کند اما کامیاب نشد. دلیل ناکامی او این بود که هلیوم دارای نقطهٔ سه‌گانه نیست یعنی دارای دمایی نیست که در آن حالت‌های جامد، مایع و گازی در تعادل باشند. پس از چند سال، در ۱۹۲۶ ویلم هندریک کیزوم که دانشجوی اونس بود توانست 1 cm۳ هلیوم را با افزودن فشار، جامد کند.[۲۵]

در ۱۹۳۸، فیزیک‌دان روس، پیوتر کاپیتسا دریافت که در دمای نزدیک به صفر مطلق، هلیوم-۴ تقریباً هیچ میزان گران‌روی ندارد که امروزه به این پدیده ابرشارگی گفته می‌شود.[۲۶] این پدیده با چگالش بوز-اینشتین مرتبط است. در سال ۱۹۷۲ همین پدیده در هلیوم-۳ اما این بار در دمایی بسیار نزدیک تر به صفر مطلق، دیده شد. دانشمندان آمریکایی داگلاس اوشروف، دیوید موریس لی و رابرت کلمن ریچاردسون کسانی بودند که به ابرروانروی در هلیوم-۳ پی بردند. با در نظر گرفتن جفت‌های کوپر الکترون‌ها که پدیدآورندهٔ ابررسانایی هستند، گمان می‌رود که ابرگرانروی دیده شده در هلیوم-۳ نیز به‌صورت قابل مقایسه‌ای به جفت‌شدن فرمیونهای هلیوم-۳ در جهت تولید بوزونها مرتبط است.[۲۷]

استخراج و استفادهویرایش

 
بنای یادبود تاریخی در نزدیکی دکستر، کانزاس در ایالات متحده آمریکا، که اشاره به منبع عظیم هلیوم کشف شده در این محل دارد.
 
تولید گاز هلیوم در ۸ مارس ۱۹۲۳
 
واحد غنی سازی هلیوم خام در میدان گازی کلیفساید.
 
میزان تولید و ذخیره‌سازی هلیوم در ایالات متحده، ۱۹۴۰ تا ۲۰۱۴ (بر اساس داده‌های USGS)
 
منابع و کارخانه‌های فرآوری هلیوم در ایالات متحده، ۲۰۱۲ (بر اساس داده‌های USGS)

بعد از یک عملیات حفاری نفت در سال ۱۹۰۳ در دکستر، کانزاس، فوران گازی مشاهده شد که فاقد قابلیت اشتعال بود. زمین‌شناسی به‌نام اراسموس هاورث[b] نمونه‌هایی از این گاز تهیه کرد و آنها را به دانشگاه کانزاس برد و با کمک شیمی‌دانان‌هایی به نام‌های همیلتون کدی و دیوید مک‌فارلاند[c] 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.[۱۳][۲۸] با انجام تجزیه و تحلیل‌های بیشتر، کادی و مک‌فارلاند کشف کردند که ۱٫۸۴ درصد از مخلوط گازی جمع‌آوری شده، متشکل از هلیوم است.[۲۹][۳۰] این کشف نشان داد که با وجود فراوانی بسیار اندک هلیوم بر روی زمین، هلیوم می‌تواند در مقادیر زیادی در زیر مناطق مربوط به دشت بزرگ (آمریکا) وجود داشته باشد و در زمان استخراج گاز طبیعی به‌صورت محصول جانبی به‌دست بیاید.[۳۱]

این کشف موجب شد که ایالات متحده آمریکا به بزرگ‌ترین تأمین کننده هلیوم دنیا تبدیل شود. بعد از پیشنهاد ریچارد ترلفال،[d] نیروی دریایی ایالات متحده، سه کارخانه آزمایشی هلیوم را در طول جنگ جهانی اول راه‌اندازی کرد. هدف از آغاز چنین پروژه‌ای تأمین گازی غیرقابل اشتعال و سبک‌تر از هوا برای بالن‌های دفاعی[e] 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[f] در ویرجینیا به پایگاه نیروی هوایی بولینگ[g] در واشینگتن، دی.سی. بود.[۳۲] 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 یواس‌اس[h] بود، انجام شد. اگرچه فرایند استخراج با استفاده از مایع‌سازی گاز در دمای پایین در آن زمان حساس در جنگ جهانی اول هنوز توسعه نیافته بود، با این‌حال تولید هلیوم ادامه داشت. هلیوم در ابتدا به‌عنوان گازی بالابرنده[i][توضیح ۱] در کشتی‌های هوایی مورد استفاده قرار گرفت. در طول جنگ جهانی دوم، تقاضا برای هلیوم به‌عنوان گاز بالابرنده و همچنین برای جوشکاری قوس پوشش‌دار[j] افزایش یافت. طیف‌سنجی جرمی هلیوم[k] نقشی حیاتی در تولید بمب اتمی در پروژه منهتن داشت.[۳۳]

دولت ایالات متحده، محلی را برای ذخیره راهبردی هلیوم با عنوان ذخیره هلیوم ملی[l] را با هدف تأمین گاز مورد نیاز برای کشتی‌های هوایی نظامی در زمان جنگ و کشتی‌های هوایی تفریحی در زمان صلح در سال ۱۹۲۵ در آماریلو، تگزاس احداث کرد.[۱۴] به‌خاطر مصوبه کنگره موسوم به مصوبه همیلتون ۱۹۲۵[m] که صادرات هلیوم کمیاب را در آن زمان که آمریکا تنها تولیدکننده هلیوم بود، ممنوع می‌کرد و همچنین قیمت بالای گاز، کشتی هیندنبورگ ال‌زد ۱۲۹ مانند سایر کشتی‌های هوایی آلمان زپلین، مجبور به استفاده از هیدروژن به‌جای هلیوم شدند. بازار هلیوم پس از جنگ جهانی دوم دچار رکود شد اما ذخایر هلیوم در دهه ۱۹۵۰ میلادی توسعه داده شد تا از تأمین هلیوم به‌عنوان یک خنک‌کننده برای تولید اکسیژن و هیدروژن مورد نیاز برای سوخت موشک (و همچنین مورد استفاده برای 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.[۳۴]

پس از اصلاح مصوبه کنگره در مورد هلیوم در سال ۱۹۶۰ (قانون عمومی ۸۶–۷۷۷)، اداره معادن ایالات متحده آمریکا[n] 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) به‌منظور متصل کردن کارخانه‌های دولتی میدان گازی کلیف‌ساید[o] از شهر بوشتون، کانزاس تا آماریلو، تگزاس احداث کرد. مخلوط هلیوم-نیتروژن تزریق شد و میدان گازی کلیف‌ساید ذخیره شد تا زمان نیاز به هلیوم، این مخلوط تحت خاص سازی بیشتر قرار بگیرد.[۳۵]

تا سال ۱۹۹۵، یک میلیارد متر مکعب از گاز ذخیره شده بود با این‌حال مجموعه دارای ۱٫۴ میلیارد دلار بدهی بود. این موجب شد که کنگره ایالات متحده آمریکا در سال ۱۹۹۶ اقدام به متوقف کردن طرح ذخیره هلیوم نمود.[۱۳][۳۶] مصوبه خصوصی‌سازی هلیوم سال ۱۹۹۶ (قانون عمومی ۱۰۴–۲۷۳)،[۳۷] وزارت کشور ایالات متحده آمریکا را بر آن داشت که ذخایر هلیوم را تخلیه نماید و فروش از سال ۲۰۰۵ آغاز شد.[۳۸]

هلیوم تولید شده بین سال‌های ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۵ دارای خلوص حدود ۹۸٫۳ درصد بود (۲ درصد نیتروژن) که این میزان خلوص برای کشتی‌های هوایی کافی بود. در سال ۱۹۴۵، یک مقدار کمی از هلیوم ۹۹٫۹ درصد برای استفاده در جوشکاری تولید شد. تا سال ۱۹۴۹، تولید هلیوم در مقیاس تجاری با خلوص ۹۹٫۹۵ درصد از نوع درجه آ[p] ممکن بود.[۳۹]

برای سال‌های زیادی، ایالات متحده آمریکا، بیش از ۹۰ درصد هلیوم تولیدی دارای قابلیت استفاده به‌صورت تجاری در دنیا را تولید می‌کرد در حالی‌که ۱۰ درصد باقی مانده توسط کارخانه‌های موجود در کانادا، هلند، روسیه و دیگر کشورها تولید می‌شد. 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 همین‌حال، تا سال ۲۰۰۰، مصرف هلیوم درون ایالات متحده آمریکا، به ۱۵ میلیون کیلوگرم در سال افزایش یافت.[۴۰] بین سال‌های ۲۰۰۴–۲۰۰۶، کارخانه‌های بیش‌تری در راس لفان، قطر و سکیکده، الجزایر ساخته شد. الجزایر به‌سرعت به دومین تولیدکننده هلیوم دنیا تبدیل شد.[۴۱] در این زمان، هم مصرف هلیوم و هم هزینه تولید هلیوم افزایش یافت.[۴۲] از سال ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۷، قیمت هلیوم دو برابر شد.[۴۳] تا سال ۲۰۱۲، ذخیره ملی هلیوم ایالات متحده آمریکا، برابر با ۳۰ درصد کل هلیوم دنیا بوده‌است.[۴۴] انتظار می‌رفت که این ذخیره هلیوم، تا سال ۲۰۱۸ به اتمام برسد،[۴۴] با این‌حال، 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[q] در کانزاس، تگزاس و اوکلاهاما قرار داشتند. کارخانه‌های جدی هلیوم بر اساس برنامه قرار بود که در سال ۲۰۱۲ در قطر، روسیه و ایالت وایومینگ آمریکا شروع به کار کنند، اما انتظار نمی‌رفت که این کارخانه‌ها به موضوع کمبود هلیوم، کمک زیادی کنند.[۴۴]

در سال ۲۰۱۳، قطر شروع به ساخت بزرگ‌ترین واحد هلیوم دنیا نمود،[۴۵] بااین‌حال بحران دیپلماتیک قطر در سال ۲۰۱۷، به‌طور شدیدی تولید هلیوم در این کشور را تحت تأثیر قرار داد.[۴۶] غالباً گفته می‌شود که پس از سالها کمبود هلیوم، در سال ۲۰۱۴ میزان تولید هلیوم بیشتر از تقاضای آن بوده‌است.[۴۷] بازار سهام بورس نزدک در سال ۲۰۱۵ گزارش کرد که برای شرکتی مانند ایر پروداکتز اند کمیکالز که شرکتی بین‌المللی و فروشنده گاز با کاربردهای صنعتی، میزان هلیوم به دلیل محدودیت عرضه مواد اولیه، تحت فشار اقتصادی قرار دارد.[۴۸]

ویژگیویرایش

 
اتم هلیوم. در تصویر به‌نمایش درآمده، رنگ صورتی نمایان‌گر هسته اتم است و رنگ سیاه اشاره به توزیع ابر الکترونی دارد. تصویر کوچک موجود در بالای سمت راست، تصویر بزرگ‌نمایی شده از هسته اتم هلیوم-۴ است، هسته‌ای که دارای تقارن کروی و دارای ظاهری شبیه به ابر الکترونی است. البته برای هسته‌های سنگین‌تر که دارای ذره‌های هسته‌ای بیش‌تری هستند، همواره چنین شباهتی وجود ندارد.

اتم هلیومویرایش

هلیوم در مکانیک کوانتومیویرایش

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 نیوتونی برای آن وجود ندارد و بنابراین، روش‌های عددی ریاضی برای آنالیز آن نیاز است. روش‌های محاسباتی متداول در شیمی که برای ایجاد تصویری کوانتومی از الکترون استفاده می‌شوند دارای خطایی در حدود کمتر از ۲ درصد در برخی از مراحل محاسبه نسبت به مقادیر واقعی هستند.[۴۹] چنین مدل‌هایی نشان می‌دهند که هر الکترون در اتم هلیوم بخشی از هسته را پوشش می‌دهند که در نتیجه چنین پوششی، بار مؤثر هسته‌ای که هر الکترون با آن مواجه است حدود ۱٫۶۹ واحد است و نه ۲ واحد، که به‌طور کلاسیک از یک هسته نپوشیده هلیوم انتظار می‌رود.

پایداری مربوط به هسته هلیوم-۴ و قشر الکترونیویرایش

 
نمودار انرژی بستگی برای هر یک از نوکلئون‌های ایزوتوپ‌های متداول:
انرژی بستگی برای هر نوکلئون هلیوم-۴، به‌صورت قابل ملاحظه‌ای بزرگ‌تر از نوکلئون‌های نزدیک است.

هسته اتم هلیوم-۴ معادل یک ذره آلفا است.[۵۰] آزمایش‌های انرژی بالای تفرق الکترونی[r] نشان می‌دهد که بار هسته همانند چگالی ابر الکترون هرچه از مرکز اتم دور شویم کمتر می‌شود. این تقارن در توزیع بار نمایان‌گر یکی از اصول زیربنایی فیزیک است، اصلی که می‌گوید، دو نوترون و دو پروتون موجود در هسته اتم هلیوم همانند دو الکترونی که به دور هسته می‌چرخند، از قواعد یکسان کوانتومی پیروی می‌کنند (اگرچه نوع پتانسیل پیوندی هسته‌ای برای ذره‌های هسته‌ای متفاوت است)، به‌طوری که همه این فرمیون‌ها به‌شکل کامل اوربیتال‌های 1s را اشغال می‌کنند و هیچ‌کدام دارای ممان زاویه‌ای اوربیتالی نیستند، چراکه هریک اسپین ذاتی دیگری را خنثی می‌کنند. افزودن به هرکدام از این ذره‌ها، نیازمند ممان زاویه‌ای است و در نتیجه آن انرژی کمتری آزاد می‌کند (در حقیقت، هیچ هسته‌ای با پنج ذره هسته‌ای پایدار نیست). این آرایش از لحاظ انرژی برای همه این ذره‌ها بسیار پایدار است و این پایداری عامل حقایق بسیار مهمی در مورد ذات و طبیعت هلیوم است.

برای مثال پایداری و انرژی کم ابر الکترونی در هلیوم عامل بی‌میلی و واکنش پذیری بسیار کم این اتم است. همچنین، عدم برهم‌کنش اتم‌های هلیوم با یک‌دیگر، موجب می‌شود که هلیوم دارای پایین‌ترین نقطه ذوب و جوش در بین تمامی عناصر باشد.[۵۱]

به‌صورت مشابهی، پایداری ویژه ذره‌های هسته‌ای هلیوم-۴ از لحاظ انرژی، موجب ایجاد اثرات مشابهی می‌شود که در نتیجه آن، تولید هلیوم-۴ بر اثر واکنش‌های اتمی در فرایندهای هم‌جوشی یا شکافت ذره‌های سنگین را تسهیل می‌شود. برخی از اتم‌های پایدار هلیوم-۳ (۲ پروتون و ۱ نوترون)، در واکنش هم‌جوشی هیدروژن تولید می‌شوند، با این‌حال، مقدار تولید شده در مقایسه با هلیوم-۴ که محصول بسیار مطلوب‌تری است، بسیار کم است و کسر بسیار کوچکی را شامل می‌شود.[۵۲]

پایداری غیرمعمولی هسته هلیوم-۴ از لحاظ کیهان‌شناسی دارای اهمیت است، چراکه این پایداری، این حقیقت را توضیح می‌دهد که در چند دقیقه اول پس از مهبانگ، سوپ اولیه کیهانی مملو از پروتون‌ها و نوترون‌ها با نسبت ۶ به ۱، تا دمایی سرد شد که امکان تشکیل پیوندهای هسته‌ای فراهم شد و تقریباً تمامی ترکیب‌های اتمی اولیه مصرف شدند تا هسته هلیوم-۴ تشکیل شود.[۵۳] قدرت اتصال اجزای هلیوم-۴ و میزان پایداری کلی آن به قدری زیاد بود که موجب شد تقریباً تمامی نوترون‌های آزاد ظرف همان چند دقیقه ابتدایی و قبل از این‌که بتوانند دچار فروپاشی بتا شوند، مصرف شوند. علاوه‌بر این، مقدار کمی از نوترون‌های باقی مانده در تولید اتم‌های سنگین‌تر مانند لیتیم، بریلیم یا بور مصرف شدند. انرژی بستگی هسته هلیوم-۴ برای هر ذره هسته‌ای قوی‌تر از هرکدام از این عناصر سنگین‌تر تولید شده‌است (برای مقایسه به هسته‌زایی و انرژی بستگی رجوع کنید) که این پایداری موجب شد زمانی که اتم‌های هلیوم در دقایق اولیه تشکیل کیهان تشکیل شدند، انرژی کافی برای هم‌جوشی اتم‌های هلیوم و ساخته شدن اتم‌های سنگین‌تر مانند لیتیم، بریلیم و بور در دسترس قرار نداشته باشد. انجام هم‌جوشی هسته‌ای و تبدیل هلیوم به عنصری سنگین‌تر مانند کربن که در مقایسه با هلیوم دارای انرژی کمتری به‌ازای هر ذره هسته‌ای است، واکنشی نامطلوب و نیازمند انرژی زیاد است. با این‌حال، به‌علت عدم وجود عناصر واسطه، این فرایند نیازمند این است که سه هسته هلیوم تقریباً به‌طور همزمان با یکدیگر برخورد کنند (فرایند آلفا سه‌گانه). در دقایق اولیه تشکیل کیهان و قبل از این که دما و فشار کیهان بر اثر انبساط به‌حدی کاهش یابد که دیگر امکان تبدیل هلیوم به کربن وجود نداشته باشد، زمان زیادی برای شکل‌گیری مقدار زیادی کربن وجود نداشته‌است. این موضوع موجب شد که نسبت هیدروژن به هلیوم در اوایل شکل‌گیری کیهان عددی بسیار نزدیک باشد، همان عددی که امروزه نیز مشاهده می‌شود (مجموع جرم هیدروژن سه برابر مجموع جرم هلیوم-۴ موجود در کیهان است).

تمام عناصر سنگین‌تر (از جمله آنهایی که برای تشکیل سیاره‌های سنگی مانند زمین و تشکیل حیات کربنی لازم هستند) پس از مهبانگ در ستارگان ساخته می‌شوند، مکانی که میزان هلیوم، دما و فشار کافی وجود دارد. تمامی عناصر دیگر به‌جز هیدروژن و هلیوم، امروزه مجموعاً تنها ۲ درصد از کل جرم اتمی مواد موجود در کیهان را تشکیل می‌دهند هلیوم-۴ تشکیل دهنده ۲۳ درصد از جرم ماده معمولی (به‌جز هیدروژن) موجود در کیهان است.[۵۴]

حالت گاز و پلاسماویرایش

 
لولهٔ هلیوم که به شکل نماد شیمیایی این عنصر درآورده شده‌است.

هلیوم، پس از نئون، کم واکنش‌ترین گاز نجیب و البته دومین عنصر کم واکنش پذیر در میان همهٔ عنصرها است.[۵۵] 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 همانند و به دلیل کوچکی اندازهٔ اتم هلیوم، نرخ پخش در اجسام جامد، سه برابر بیشتر از نرخ پخش هوا و برابر با ۶۵٪ نرخ پخش هیدروژن است.[۱۴]

هلیوم نسبت به دیگر گازهای تک اتمی از همه کمتر در آب حل می‌شود.[۵۶] 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).[۵۷] ضریب شکست هلیوم بیش از هر گاز دیگری به یک نزدیک است.[۵۸] ضریب ژول-تامسون[s] هلیوم در دمای معمولی پیرامونش، منفی است به این معنی که اگر اجازه دهیم این گاز آزادانه افزایش حجم پیدا کند، گرم تر می‌شود. اما اگر هلیوم در زیر دمای وارونگی ژول-تامسون[t] (در حدود ۳۲ تا ۵۰ کلوین در یک اتمسفر) باشد، اگر اجازه داشته باشد آزادانه افزایش حجم پیدا کند، دمای آن پایین می‌آید.[۱۴] با توجه به این ویژگی اگر دمای هلیوم از این دما پایین‌تر آماده باشد، می‌توان با افزایش حجم، آن را خنک و مایع کرد.

بیشتر هلیوم فرازمینی (بیرون از کرهٔ زمین) در حالت پلاسما یافت می‌شود. در این حالت، ویژگی‌های ماده بسیار متفاوت از ویژگی‌های حالت اتمی آن 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 مغناط‌کرهٔ زمین اندرکنش پیدا می‌کند و باعث پدید آمدن شفق قطبی و جریان برکلند می‌شود.[۵۹]

هلیوم مایعویرایش

 
هلیوم مایع شده. هلیوم به‌تصویر کشیده شده نه تنها مایع است بلکه تا دمای ابرشارگی سرد شده‌است. روان شدن هلیوم از زیر ظرف شیشه‌ای به تصویر کشیده شده، نشان‌دهنده فرار خودبخودی هلیوم تا زمان خالی شدن ظرف است. انرژی پیش‌برنده این اتفاق، از انرژی پتاسیل هلیوم در حال سقوط تأمین می‌شود.

برخلاف دیگر عنصرها در فشار معمولی، هلیوم تا دمای صفر مطلق، همچنان مایع باقی می‌ماند. دلیل این پدیده را می‌توان با مکانیک کوانتوم توضیح داد: به ویژه انرژی نقطهٔ صفر این سامانه بسیار بالا است برای اینکه بخواهد اجازه دهد هلیوم جامد شود. هلیوم برای جامد شدن باید به دمایی میان ۱ تا ۱٫۵ کلوین (۴۵۷- فارنهایت یا ۲۷۲- سلسیوس) و فشاری نزدیک به ۲٫۵ مگاپاسکال برسد.[۶۰] 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.[۶۱] ضریب کشسانی حجمی آن نزدیک به ۲۷ مگاپاسکال است[۶۲] که تقریباً ۱۰۰ برابر بیشتر از آب تراکم پذیر 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.[۶۳]

هلیوم Iویرایش

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.[۱۴] همانند دیگر مایعات سرمازا،[u] 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 یک ضریب شکست برابر با ۱٫۰۲۶ است که موجب می‌شود سطح آن به‌قدری سخت شود که شناوری یونولیت بر روی آن را ممکن شود و اغلب از این روش، به‌عنوان روشی برای پیدا کردن سطح هلیوم I به‌کار می‌رود.[۱۴] هلیوم I که مایعی بی‌رنگ است، گران‌روی بسیار کمی دارد و چگالی آن در گستره دمایی ۰ تا ۴ درجه کلوین بین ۰٫۱۴۵ تا ۰٫۱۲۵ گرم بر میلی‌لیتر است[۶۴] که این مقدار، یک چهارم مقداری است که توسط فیزیک کلاسیک پیش‌بینی می‌شود.[۱۴] 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 خاص اتمی سایه افکند و مانع از بروز آن‌ها شود.[۱۴]

هلیوم IIویرایش

 
برخلاف مایعات معمولی، هلیوم II، در امتداد سطوح می‌خزد تا به یک تراز یکسان در تمام سطح خود دست پیدا کند. پس از زمان کوتاهی، تراز مایع در هردو سمت محفظه، برابر می‌شود. فیلم رولین همچنین بخش داخلی محفظه بزرگ‌تر را پوشش می‌دهد. اگر محفظه بسته نباشد، هلیوم II از محفظه به بیرون فرار می‌کند.

هلیوم مایع در دمای پایین‌تر از نقطه لاندا (که هلیوم II نامیده می‌شود)، رفتار بسیار عجیب و غیرمعمولی از خود نشان می‌دهد. به‌علت هدایت گرمایی بالا، زمانی‌که به نقطه جوش می‌رسد، به‌جای این که شروع به جوشیدن و تولید حباب کند، مستقیماً از سطح خود تبخیر می‌شود. هلیوم-۳، دارای یک فاز ابرشارگی اما فقط در دماهای خیلی کمتر است، در نتیجه، اطلاعات کمی در مورد خواص ایزوتوپ شناخته شده‌است.[۱۴]

هلیوم II یک ابرشاره است، حالتی از ماده در مکانیک کوانتومی (برای اطلاعات بیش‌تر به پدیده‌های کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی رجوع کنید) که دارای خواص غیرمعمول و عجیبی است. به‌عنوان مثال زمانی که درون یک لوله موئین به ضخامت ۷-۱۰ تا ۸-۱۰ متر جاری می‌شود، هیچ میزان گران‌روی قابل اندازه‌گیری از خود نشان نمی‌دهد.[۱۳] با این‌حال، موقعی‌که اندازه‌گیری گران‌روی هلیوم قرار گرفته میان دو دیسک متحرک انجام می‌شود، مقدار گران‌روی به‌دست آمده با مقدار گران‌روی به‌دست آمده برای هلیوم گازی، قابل مقایسه است. تئوری با استفاده از مدل دوجریانی[v] برای هلیوم II این پدیده را توضیح می‌دهد. در این مدل، در نظر گرفته می‌شود که هلیوم مایع در زیر نقطه لاندا دارای یک نسبتی از اتم‌های هلیوم در حالت پایه است که ابرشاره هستند و دقیقاً با گران‌روی صفر جریان پیدا می‌کنند و همچنین دارای یک نسبتی از اتم‌های هلیوم در حالت برانگیخته است که مانند یک سیال معمولی رفتار می‌کنند.[۶۵]

در اثر چشمه،[w][توضیح ۲] محفظه‌ای ساخته می‌شود که به یک مخزن هلیوم II متصل است و از طریق یک دیسک تف‌جوش شده[x] که هلیوم ابرشاره به‌آسانی از آن چکیده می‌شود، اما هلیوم غیرشاره نمی‌تواند از آن عبور کند. اگر قسمت داخلی محفظه حرارت داده شود، هلیوم ابرشاره به هلیوم غیرابرشاره تبدیل می‌شود. به‌منظور حفظ کسر تعادل هلیوم ابرشاره، هلیوم ابرشاره از محفظه عبور داده می‌شود و فشار افزایش داده می‌شود که موجب ایجاد یک چشمه به سمت بیرون محفظه نگهدارنده می‌شود.[۶۶]

هدایت گرمایی هلیوم II بیشتر از هر نوع ماده شناخته شده دیگری است، به‌طوری که مقدار به یک میلیون برابر هدایت گرمایی هلیوم I و چندصد برابر فلزی مانند مس می‌رسد.[۱۴] این ویژگی به این خاطر رخ می‌دهد که هدایت گرمایی از طریق سازوکارهای کوانتومی انجام می‌شود. اغلب موادی که هادی خوب گرما هستند، دارای یک نوار ظرفیت از الکترون‌های آزاد هستند که به انتقال گرما کمک می‌کنند. هلیوم II فاقد چنین لایه ظرفیتی است، اما با این‌حال، گرما را به‌خوبی هدایت می‌کند. جریان گرما از معادله‌ای پیروی می‌کند که مشابه معادله موجی است که برای توصیف نحوه انتشار صوت در هوا استفاده می‌شود. زمانی که گرما آغاز می‌شود، با سرعتی برابر با ۲۰ متر بر ثانیه در دمای ۱٫۸ کلوین در هلیوم II منتقل می‌شود، همانند انتقال امواج در پدیده‌ای معروف به‌نام موج دوم.[۱۴][y][توضیح ۳]

هلیوم II رفتار و خواص عجیبی از خود بروز می‌دهد. به‌عنوان مثال زمانی‌که سطح هلیوم II از تراز آن پیشی بگیرد، هلیوم II، برخلاف نیروی جاذبه وارده به نمونه، در امتداد سطح حرکت می‌کند. چنان‌چه ظرف نمونه روباز باشد، هلیوم II به‌شکل عجیبی از کناره‌ها از ظرف خارج می‌شود تا این که خود را به نواحی گرم‌تر برساند و در آن‌جا شروع به تبخیر شدن می‌کند. نمونه هلیوم II فارغ از سطح ماده، در یک فیلم دارای ضخامت ۳۰ نانومتری حرکت می‌کند. به این فیلم، اصطلاحاً فیلم رولین[z] گفته می‌شود و نام آن به افتخار برنارد وی. رولین[aa] گذاشته شده‌است که برای اولین بار این خصیصه را توصیف کرده‌است.[۱۴][۶۷][۶۸] درنتیجه این رفتار عجیب و غریب، هلیوم II قادر است تا به سرعت از طریق یک روزنه‌های کوچک تراوش کند و برهمین مبنا، نگهداری هلیوم مایع بسیار دشوار است. اگر محفظه‌های نگهداری هلیوم با دقت بالایی ساخته نشوند و دارای روزنه حتی در ابعاد کوچک باشند، هلیوم می‌تواند خود را از طریق آن‌ها خارج کند تا سطوح گرم‌تر برسد و در آن‌جا تبخیر شود. امواج منتشر شونده در طول فیلم رولینگ از همان معادله‌ای که برای توصیف امواج گرانشی در آب کم عمق به‌کار می‌رود، تبعیت می‌کنند، اما برخلاف جاذبه، نیرویی که در اینجا عامل پیش‌برنده ماجرا است، نیروی وان‌دروالسی است.[۶۹] این امواج به صوت سوم[ab] معروف هستند.[۷۰]

ایزوتوپ‌هاویرایش

 
هلیوم-۴ این ایزوتوپ پایدار بوده و فراوان‌ترین ایزوتوپ هلیوم در زمین است.
 
از هلیوم-۳ به عنوان سوخت در تحقیقات مربوط به رآکتورهای همجوشی هسته ای استفاده می‌شود.

تا کنون ۹ ایزوتوپ برای هلیوم پیدا شده‌است؛ 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.[۷۱] 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.[۷۲]

هلیوم-۳ به مقدار بسیار ناچیز یافت می‌شود که بیشتر آن از هنگامهٔ ساخت زمین به جای مانده. گاهی هم هلیوم گیر افتاده در گرد و غبار کیهانی هم وارد زمین شده‌است.[۷۳] همچنین در اثر واپاشی بتای تریتیوم هم اندکی هلیوم-۳ تولید می‌شود.[۷۴] 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.[۷۳] 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.[۷۵] 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 (یک بخش در میلیون) که بسیار بالاتر از مقدار آن، ۵ ppt در هواکرهٔ زمین است (یک بخش در تریلیون).[۷۶][۷۷] دسته‌ای از جملهٔ آن‌ها جرالد کالسینسکی[ac] در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد دادند[۷۸] 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[ad] 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.[۱۴]) این ویژگی هلیوم در یخچال‌های رقیق‌سازی برای رسیدن به دمای چند میلی کلوین 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 ثانیه‌است. 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.[۱۴] این یک موضوع شناخته شده‌است که هردو مورد هلیوم-۶ و هلیوم-۸ از خود پدیده‌ای به‌نام هاله هسته‌ای[ae][توضیح ۴] 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[af] است.[۱۴]

ترکیباتویرایش

 
ساختار یون هلیوم هیدرید (+HHe)
 
ساختار آنیون فلوئوروهلیات[ag] (OHeF)

هلیوم دارای ظرفیت صفر است و درنتیجه از لحاظ شیمیایی در شرایط معمول، یک عنصر واکنش ناپذیر است.[۶۱] هلیوم یک عایق الکتریسیته محسوب می‌شود، مگر این‌که یونیزه شود. همانند سایر گازهای نجیب، هلیوم نیز دارای سطوح انرژی شبه‌پایدار[ah] است که موجب می‌شود این عنصر در صورت وجود بار الکتریکی با ولتاژی کمتر از پتانسیل یونیزاسیون خود، یونیزه باقی بماند.[۱۴] 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.[۷۹] ترکیب +HeH دارای حالت پایه پایدار است اما فوق‌العاده واکنش‌پذیر است، به‌طوری که قوی‌ترین اسید برونستد شناخته شده محسوب می‌شود و 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) شده‌است.[۱۴] 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.[۸۰]

به صورت نظری، دیگر ترکیبات واقعی هلیوم مانند هلیوم فلوئوروهیدرید (HHeF) که مشابه آرگون فلوئوروهیدرید است و در سال ۲۰۰۰ کشف شد، نیز ممکن هستند.[۸۱] 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.[۸۲]

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 قفس مانند خو هستند، اصطلاحاً فولرن اندوهدرال[ai] گفته می‌شود که در دماهای بالا نیز پایدار هستند. زمانی‌که مشتق‌های این نوع فولرن‌ها تشکیل می‌شوند، هلیوم در داخل ساختار قفس مانند فولرن باقی می‌ماند.[۸۳] اگر هلیوم-۳ برای این منظور استفاده شود، به‌آسانی می‌توان حضور آن را با کمک طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای مشخص کرد.[۸۴] 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.[۸۵] مشخص شده‌است که ترکیب الکترید[aj][توضیح ۵] سدیم هلیوم (Na۲He) که یک عایق الکتریسیته است، در فشار بالای ۱۱۳ گیگاپاسکال، به‌صورت ترمودینامیکی پایدار است. این مولکول دارای ساختاری فلئوریتی است.[۸۶]

فراوانی و تولیدویرایش

هلیوم دومین گاز فراوان در کیهان است اما روی زمین نایاب است به‌طوری‌که قیمت هلیوم در ۱۵ سال اخیر ۵۰۰ درصد افزایش پیدا کرده‌است. در ژوئن ۲۰۱۶ (تیر ۱۳۹۵) 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.[۸۷]

فراوانی طبیعیویرایش

 
WASP-107b سیاره فراخورشیدی است که در فاصلهٔ تقریباً ۲۰۰ سال نوری در صورت فلکی سنبله قرار دارد و برای نخستین بار در جو سیاره‌ای فراخورشیدی هلیوم شناسایی شد.

اگرچه هلیوم برروی زمین کمیاب است، با این‌حال این عنصر از لحاظ فراوانی، بعد از هیدروژن، دومین عنصر شناخته شده در سرتاسر کیهان محسوب می‌شود، به‌طوری که ۲۳ درصد از جرم باریونی کیهان از هلیوم تشکیل شده‌است.[۱۳] 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.[۷۲]

در جو زمین، غلظت هلیوم تنها ۵٫۲ قسمت در میلیون است.[۸۸][۸۹] 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.[۹۰][۹۱][۹۲] در هتروسفر[ak] 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 توریم مانند اورانینیت و انواع آن مانند کلویت، اورانینیت سیاه،[al]کارنوتیت و مونازیت یافت می‌شود.[۹۳][۹۴][۹۵] علت فراوانی هلیوم در این نوع کانی‌ها این است که عناصر پرتوزایی مانند اورانیوم و توریم پرتوی آلفا (هسته اتم هلیوم دارای دوبار مثبت: He) از خود منتشر می‌کنند و این پرتو 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.[۹۶][۹۷][۹۸] در پوسته زمین، غلظت هلیوم برابر با ۸ قسمت در میلیارد (ppb) است. در آب دریا، غلظت هلیوم کمتر شده و به ۴ قسمت در تریلیون (ppt) می‌رسد. همچنین، مقادیر کمی از هلیوم در چشمه‌های آب معدنی، گازهای آتش‌فشانی و شهاب سنگ‌های حاوی آهن[am] وجود دارد. به این‌علت که هلیوم در سطح زیر زمین و در شرایطی مشابه با گاز طبیعی به‌دام افتاده‌است، 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.[۹۹][۱۰۰] تا سال ۲۰۱۱، تخمین زده شده‌است که ذخایر هلیوم دنیا در حدود ۴۰ میلیارد متر مکعب باشد، که یک چهارم از این ذخایر در میدان گازی پارس جنوبی (ایران)/میدان میعانات گازی گنبد شمالی (قطر) که میان ایران و قطر مشترک است، قرار دارد.[۱۰۱] در سال ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶، ذخایر احتمالی جدیدی در رشته کوه‌های راکی در آمریکای شمالی[۱۰۲] و در کافت شرق آفریقا اعلام شده‌است.[۱۰۳]

استخراج و توزیع مدرنویرایش

 
یک چهارم از ذخایر هلیوم کشف شدهٰ جهان، در میدان گازی پارس جنوبی (ایران)/میدان میعانات گازی گنبد شمالی (قطر) قرار دارد.

برای استفاده در مقادیر زیاد، هلیوم به‌وسیله تقطیر جزء به جزء گاز طبیعی که حاوی ۷ درصد هلیوم است، تهیه می‌شود.[۱۰۴] به‌علت این‌که هلیوم دارای نقطه جوش پایین‌تری در مقایسه با دیگر عناصر است، دمای پایین و فشار زیاد مورد استفاده موجب مایع شدن تقریباً تمامی گازهای دیگر (غالباً نیتروژن و متان) می‌شود. گاز هلیوم ناخالص تولید شده به‌وسیله قرار گرفتن در دماهای پایین به‌صورت متوالی، خالص می‌شود و تقریباً تمامی نیتروژن و بقیه گازهای موجود از مخلوط گازی خارج می‌شوند. از کربن فعال برای خالص سازی هلیوم در آخرین مرحله استفاده می‌شود که معمولاً منجر به تولید هلیومی با کیفیت درجه آ و خلوص ۹۹٫۹۹۵ درصد می‌شود.[۱۴] اصلی‌ترین ماده ناخالص موجود در هلیوم دارای درجه آ، نئون است. در مرحله نهایی تولید، اغلب هلیوم تولید شده از طریق فرایند سرد کردن، مایع می‌شود. این کار برای استفاده از هلیوم مایع ضروری است و موجب می‌شود که هزینه تمام شده برای حمل و نقل هلیوم کاهش پیدا کند، چراکه بزرگ‌ترین مخزن هلیوم مایع دارای حجمی بیش از پنج برابر بزرگ‌ترین مخزن هلیوم گازی است.[۴۱][۱۰۵]

در سال ۲۰۰۸، تقریباً ۱۶۹ میلیون متر مکعب استاندارد[an] هلیوم از منابع استخراج یا از ذخایر برداشته شده‌است که از این میان، ۷۸ درصد سهم ایالات متحده، ۱۰ درصد سهم الجزایر و ۱۲ درصد باقی مانده، سهم عمده برای کشورهای روسیه، لهستان و قطر بوده‌است.[۱۰۶] تا سال ۲۰۱۳، افزایش تولید هلیوم قطر (توسط شرکت راس‌گس، به مدیریت ایر لیکوئید) موجب افزایش سهم قطر در مجموع هلیوم تولیدی دنیا به ۲۵ درصد شده و این موجب شد که قطر به دومین کشور تولیدکننده هلیوم پس از آمریکا تبدیل شود.[۱۰۷] در سال ۲۰۱۶، ذخیره‌ای از هلیوم در تانزانیا کشف شد که تخمین زده می‌شود حاوی ۵۴ میلیارد متر مکعب هلیوم است.[۱۰۸][۱۰۹]

در ایالات متحده آمریکا، اغلب هلیوم استخراج شده از منابع گاز طبیعی در هیوگوتون و نزدیک میدان گازی در کانزاس، اوکلاهاما و میدان پن‌هندل[ao] در تگزاس است.[۴۱][۱۱۰] قبلاً اغلب گاز هلیوم تولیدی با کمک خط لوله ذخیره ملی هلیوم[ap] فرستاده می‌شد، اما از سال ۲۰۰۵، ذخیره ملی شروع فروخته شدن و درنتیجه کاهش یافتن کرد و انتظار می‌رود که تحت مصوبه مسئولیت مدیریت و نظارت بر هلیوم[aq] در سال ۲۰۱۳،[۱۱۱] تا ۲۰۲۱ مقداری زیادی از آن مصرف شده باشد.[۱۰۷]

نفوذ گاز طبیعی ناخالص به درون غشاهای نیمه‌تراوا و دیگر موانع یکی از روش‌های بازیابی و خالص‌سازی هلیوم است.[۱۱۲] 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 چاه‌های گازی این چنینی بود.[۱۱۳]

هلیوم باید از گاز طبیعی استخراج شود چرا که مقدار آن در هوا، تنها به اندازه کسر کوچکی از نئون است، با این‌حال تقاضا برای ان بسیار زیادتر این میزان فراوانی است. تخمین زده می‌شود که اگر تمامی تجیهزات فعلی مورد استفاده در تولید نئون برای تولید هلیوم استفاده شود، ۰٫۱ درصد از نیاز دنیا به هلیوم تأمین می‌گردد. به‌صورت مشابهی، ۱ درصد نیاز دنیا به هلیوم تأمین می‌شود اگر تمامی تجهیزات مورد استفاده در کارخانه‌های تقطیر هوا به تولید هلیوم اختصاص داده شود.[۳۸] هلیوم می‌تواند از طریق بمباران کردن لیتیم یا بور با کمک فوتون‌های پرسرعت یا بمباران لیتیم با دوتریوم سنتز شود اما این فرایندها، بسیار هزینه‌بر و فاقد صرفه اقتصادی هستند.[۱۱۴]

هلیوم به‌صورت متداول، یا به‌شکل مایع یا گاز در دسترس است. در شکل مایع، می‌تواند در مخزن‌های عایق کوچک موسوم به فلاسک یا دمابان نگهداری شوند که این محفظه‌ها می‌توانند حجمی تا ۱۰۰۰ لیتر داشته باشند. هلیوم مایع همچنین می‌تواند در محفظه‌های بزرگ ایزو[ar] که دارای ظرفیت اسمی ۴۲ متر مکعب (حدود ۱۱٬۰۰۰ گالن آمریکایی) هستند، نیز نگهداری شود. به‌صورت گازی، هلیوم می‌تواند در مقادیر کم در سیلندرهای تحت فشار بالا و با ظرفیت ۸ متر مکعب (حدود ۳۰۰ فوت مکعب استاندارد) نگهداری شود، درحالی‌که مقدار گاز نگهداری شده در تانکرهای تحت فشار زیاد به بیش از ۴٬۸۶۰ متر مکعب (حدود ۱۸۰٬۰۰۰ فوت مکعب استاندارد) می‌رسد.[۱۱۵]

حامیان حفاظت از منابعویرایش

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 کرده‌است. قیمت‌ها در دهه ۲۰۰۰ با تصمیم کنگره ایالات متحده برای فروش سهام بزرگ هلیوم این کشور تا سال ۲۰۱۵ کاهش یافته بود.[۱۱۶] 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[as] همچنین پیشنهاد ایجاد آژانس بین‌المللی هلیوم[at] برای ایجاد بازار پایدار برای این کالای گرانبها را داده‌است.[۱۱۷]

کاربردهاویرایش

تخمین زده می‌شود که مصرف هلیوم در ایالات متحده آمریکا در سال ۲۰۱۴ برابر با ۳۴ میلیون متر مکعب بوده که بیشتر آن در موارد زیر مصرف شده‌اند:[۱۱۸]

  کرایوژنیک (۳۲٪)
  فشرده‌سازی و پاکسازی (۱۸٪)
  جوشکاری (۱۳٪)
  جوهای کنترل شده (۱۸٪)
  تشخیص نشت (۴٪)
  مخلوط های تنفسی (۲٪)
  دیگر (۱۳٪)

هلیوم به دلیل برخی از خواص منحصر به فرد آن، مانند نقطه جوش کم، چگالی پایین، انحلال‌پذیری کم، رسانندگی گرمایی بالا و واکنش ناپذیر بودن آن برای بسیاری از موارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. هلیوم منبع تجدید ناپذیر است و با آزاد شدن آن به اتمسفر دیگر امکان بازیابی آن وجود ندارد. در حال حاضر عمر منابع هلیوم به ذخایر گاز طبیعی وابسته است و پیش‌بینی می‌شود بهای هلیوم در آینده همچنان سیر صعودی داشته باشد. از کل تولید هلیوم جهانی سال ۲۰۱۴، حدود ۳۲ میلیون کیلوگرم (۱۸۰ میلیون متر مکعب استاندارد) هلیوم در سال، بیشترین میزان مصرف (حدود ۳۲٪ از کل در سال ۲۰۱۴) در کاربردهای کرایوژنیک است که بیشتر آنها شامل خنک شدن آهنرباهای ابررسانا در اسکنرهای ام‌آرآی (MRI) پزشکی و طیف‌سنج‌های ان‌ام‌آر (NMR) است.[۱۱۹] سایر کاربردهای اصلی در سیستم‌های فشار و پاکسازی، نگهداری اتمسفرهای کنترل شده و تشخیص نشت است. سایر کاربردها براساس طبقه‌بندی کسری نسبتاً جزئی بودند. دیگر کاربردهای مهم آن (۷۸ درصد کل در سال ۱۹۹۶) برای ایجاد فشار، هوای پیرامونی کنترل شده و جوشکاری بوده‌است. از گاز هلیوم در فضاپیماها، تلسکوپها و دستگاه نظارت بر پرتونگاری هسته‌ای استفاده می‌شود.

اتمسفرهای کنترل شدهویرایش

هلیوم به دلیل ویژگی واکنش ناپذیری، به عنوان گاز محافظ برای رشد کریستال‌های سیلیسیم و ژرمانیوم، در تولید تیتانیوم و زیرکونیوم و در کروماتوگرافی گازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.[۶۱] همچنین به دلیل داشتن ویژگی‌های نزدیک به طبیعت گاز ایده‌آل، سرعت بالای صدا در آن و نسبت ظرفیت گرمایی بالا، برای کاربرد در تونل باد فراصوتی و آزمون افزایش ناگهانی آنتالپی[au][توضیح ۶]مورد نیاز است.[۱۲۰][۱۲۱]

جوش قوس تنگستن گازیویرایش

هلیوم، در فرایند جوشکاری با قوس الکتریکی 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.[۱۳] 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.

مصارف جزئیویرایش

تشخیص نشت صنعتیویرایش

یکی از کاربردهای صنعتی هلیوم، تشخیص نشت است. از آنجا که هلیوم سه برابر سریعتر از هوا از طریق مواد جامد واپخش می‌شود، از آن به عنوان گاز ردیاب برای تشخیص نشت در تجهیزات با خلاء بالا (مانند مخازن کرایوژنیک) و ظروف با فشار بالا استفاده می‌شود.[۱۲۲] شی مورد آزمایش در یک محفظه قرار می‌گیرد که سپس تخلیه می‌شود و با هلیوم پر می‌شود. هلیوم که از طریق نشتی فرار می‌کند توسط یک دستگاه حساس (طیف‌سنج جرمی هلیوم) شناسایی می‌شود. دقت این ابزار بسیار زیاد است و به ۹-۱۰ میلی‌بار.لیتر برثانیه (mbar·L/s) یا ۱۰-۱۰ پاسکال.مترمکعب بر ثانیه (Pa·m۳/s) هم می‌رسد. روش اندازه‌گیری معمولاً اتوماتیک است و تست انتگرال هلیوم[av] نامیده می‌شود. یک روش ساده‌تر، پر کردن جسم آزمایش شده با هلیوم و جستجوی دستی نشت‌ها با یک وسیله دستی است.[۱۲۳]

هلیومی که از ترک‌های یک وسیله می‌گذرد را نباید با نفوذ گاز از بدنهٔ ماده اشتباه گرفت. ثابت نفوذ[aw] هلیوم از درون بدنهٔ موادی مانند شیشه، سرامیک و مواد آزمایشگاهی، مشخص و ضریب گذر آن قابل محاسبه‌است با این‌حال، بیشتر گازهای بی‌اثر مانند هلیوم، نمی‌توانند از بدنهٔ اغلب فلزات عبور کنند.[۱۲۴]

پروازویرایش

از آنجا که این عنصر از هوا سبک‌تر است، برای به هوا رفتن کشتی‌های هوایی و بالون‌ها به گاز هلیوم رو آورده‌اند. 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. با اینکه کاربرد هلیوم در بالون‌ها بسیار شناخته‌است اما این مطلب تنها بخش کوچکی از کاربردهای این گاز است[۱۲۵] کاربرد دیگر هلیوم در ساخت راکت است که در آن 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 جایی که سوخت قرار دارد را از هلیوم پر می‌کنند؛ این کار باعث 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 اکسید کننده از تجهیزات پشتیبانی زمین قبل از پرتاب و برای خنک کردن هیدروژن مایع در وسایل نقلیه فضایی استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، موشک سترن ۵ که در برنامه آپولو مورد استفاده قرار گرفت، حدود ۳۷۰٬۰۰۰ متر مکعب هلیوم نیاز داشت.[۶۱]

کاربردهای تجاری و تفریحیویرایش

به‌عنوان یک گاز استنشاقی، هلیوم فاقد اثرات خواب آلودگی است بنابراین مخلوط گازهای حاوی هلیوم مانند تریمیکس،[ay] هلیوکس و هلی‌ایر،[az] برای غواصی در آب‌های عمیق[ba] برای کاهش اثرات خواب آلودگی که در اعماق بیشتر، افزایش می‌یابد، استفاده می‌شود.[۱۲۶][۱۲۷] هرچه با افزایش عمق، فشار آب افزایش می‌یابد، چگالی گاز تنفسی نیز افزایش می‌یابد. برای حل این مشکل و تنفس آسان‌تر مخلوط گاز تنفسی که براثر افزایش فشار دارای چگالی افزایش یافته‌است، حضور هلیوم با جرم مولکولی کم، به‌طور قابل ملاحظه‌ای مؤثر است. اضافه شدن هلیوم به مخلوط گاز تنفسی، موجب کاهش عدد رینولدز می‌شود که در نتیجه آن کاهش جریان آشفتگی و افزایش جریان آرام رخ می‌دهد و تنفس تسهیل می‌گردد.[۱۲۸][۱۲۹] غواصانی که در عمق‌های بیش‌تر از ۱۵۰ متر (۴۹۰ فوت) از سطح دریا، مخلوطی از هلیوم-اکسیژن را تنفس می‌کنند دچار لرزش و کاهش عملکرد حرکتی می‌شوند که از نشانه‌های سندرم عصبی فشار بالا[bb] است.[۱۳۰] این اثر ممکن است تا حدی با استفاده از افزودن مقداری از گازهای خواب‌آور مانند هیدروژن یا نیتروژن به مخلوط هلیوم-اکسیژن، تخفیف داده شود.[۱۳۱]

لیزرهای هلیوم-نئون، لیزرهایی با توان کم و پرتویی قرمز رنگ، دارای کاربردهای عملی متنوعی هستند که بارکدخوان، اشاره‌گر لیزری از جمله آن‌ها هستند. البته امروزه این لیزرها، تقریباً در سراسر دنیا با لیزر ارزان‌تری با نام لیزر دیودی جایگزین شده‌اند.[۱۳]

هلیوم به‌علت واکنش ناپذیری و هدایت گرمایی بالا، شفافیت نوترونی و همچنین به‌این علت که در رآکتورها موجب تشکیل ایزوتوپ‌های پرتوزا نمی‌شود، به‌عنوان یک محیط انتقال حرارت در برخی از رآکتورهای هسته‌ای سرد شده با گاز[bc] استفاده می‌شود.[۱۲۲]

هلیوم به‌شکل مخلوط با گازهای سنگین‌تر مانند زنون، به‌علت داشتن نسبت ظرفیت حرارتی[bd] بالا و عدد پرنتل پایین، برای سردسازی ترموآکوستیک[be] استفاده می‌شود.[۱۳۲] بی‌میلی شیمیایی هلیوم دارای چندین مزیت زیست‌محیطی در مقایسه با سیستم‌های سنتی سردسازی است که موجب تخریب لایه ازون و گرمایش جهانی می‌شوند.[۱۳۳]

از هلیوم همچنین در ساخت برخی از هارد دیسک‌ها استفاده می‌شود.[۱۳۴]

کاربردهای علمیویرایش

 
به‌منظور پر کردن بالون هواشناسی، علاوه بر هیدروژن از گاز هلیوم نیز استفاده می‌شود.

استفاده از هلیوم به دلیل ضریب شکست بسیار پایین، اثرات تحریف کننده تغییرات دما در فضای بین لنزها را در بعضی از تلسکوپ‌ها کاهش می‌دهد.[۱۴] این روش به ویژه در تلسکوپ‌های خورشیدی که در آن لوله تلسکوپ خلاء خیلی سنگین است استفاده می‌شود.[۱۳۵][۱۳۶]

هلیوم یک گاز حامل متداول برای کروماتوگرافی گازی است.[۱۳۷] سن سنگها و مواد معدنی حاوی اورانیوم و توریم را می‌توان با اندازه‌گیری سطح هلیوم با فرایندی موسوم به تاریخ‌گذاری هلیوم تخمین زد.[۱۳][۱۴]

هلیوم در دماهای پایین در بیماری‌های کرایوژنیک و در برخی از کاربردهای خاص بیماری کرایوژنیک استفاده می‌شود. به عنوان نمونه کاربردی، هلیوم مایع برای خنک کردن فلزات خاص به دمای بسیار کم مورد نیاز برای ابررسانایی، از جمله در آهنرباهای ابررسانا برای تصویرسازی تشدید مغناطیسی استفاده می‌شود. برخورددهنده هادرونی بزرگ در سرن از ۹۶ تن هلیوم مایع برای حفظ دما در ۱٫۹ کلوین استفاده می‌کند.[۱۳۸]

کاربردهای پزشکیویرایش

هلیوم در آوریل ۲۰۲۰ برای استفاده‌های پزشکی در ایالات متحده برای انسان و حیوانات مورد تأیید قرار گرفت.[۱۳۹][۱۴۰] استنشاق گاز هلیوکس (ترکیبی از گازهای اکسیژن و هلیوم) موجب کاهش مقاومت در مقابل عبور جریان هوا در زمان تنفس می‌شود. اثرات مفید این موضوع در بیماران مبتلا به آسم، مشکلات حاد تنفسی و برونشیت ملاحظه شده‌است.[۱۴۱]

ایمنی و احتیاطویرایش

اثراتویرایش

تاثیر هلیوم بر صدای انسان

Problems playing this file? See ویکی‌پدیا:راهنمای رسانه.

هلیوم طبیعی در شرایط استاندارد، آسیب‌رسان نیست. مقادیر بسیار اندکی از این ماده در خون انسان پیدا می‌شود. تنفس هلیوم به‌جای اکسیژن، می‌تواند منجر به خفگی فرد شود. هلیوم مایع دارای دمای بسیار پایینی است و تماس با آن می‌تواند منجر به سوختگی در اثر سرما شود. از همین‌رو، نکات ایمنی گفته شده دربارهٔ هلیوم مایع و کار با آن همانند موارد گفته شده برای نیتروژن مایع است.[۶۱]

سرعت صدا در هلیوم نزدیک به سه برابر سرعت آن در هوا است. از طرفی بسامد پایه طبیعی مجرای پر شده با گاز، با سرعت صوت در آن گاز متناسب است. بنابراین، هنگامی که فرد گاز هلیوم را تنفس می‌کند، به علت سرعت حرکت بیشتر صدا در گاز هلیوم در مقایسه با هوای معمولی، بسامد تولیدی توسط مجرای صوتی فرد تشدید می‌شود که این خود موجب تقویت فرکانس صدای فرد می‌شود.[۱۳][۱۴۲] در صورت استنشاق گازهای سنگین‌تر از هوا مانند هگزا فلوراید گوگرد یا زنون توسط فرد، عکس حالت فوق رخ می‌دهد، به‌طوری که از فرکانس صدای فرد به‌خاطر کاهش سرعت صوت در این گازها، کاسته می‌شود. اگرچه این عنصر از نظر شیمیایی بی اثر است، اما آلودگی هلیوم باعث اختلال در عملکرد سامانه میکرو الکترومکانیکی می‌شود.[۱۴۳]

خطراتویرایش

تنفس بیش از حد هلیوم می‌تواند خطرناک باشد، زیرا هلیوم یک آسفیکسی[bf][توضیح ۷] ساده است، بنابراین اکسیژن مورد نیاز برای تنفس طبیعی را جابجا می‌کند و در پی غیرعادی شدن تنفس، رسیدن اکسیژن به بدن با دشواریِ بسیار جدی روبه‌رو می شود.[۱۳][۱۴۴] گزارش‌هایی از مرگ میر بر اثر تنفس هلیوم وجود دارد که از جمله آنها مرگ یک جوان در ونکوور در سال ۲۰۳۳ و همچنین مرگ دو بزرگسال در سال ۲۰۰۶ در فلوریدای جنوبی هستند.[۱۴۵][۱۴۶] در سال ۱۹۹۸ در ویکتوریا، استرالیا دختری به دلیل تنفس کل محتوای یک بادکنک مهمانی حاوی هلیوم بی‌هوش شد و به‌طور موقت دچار کبودی شد.[۱۴۷][۱۴۸][۱۴۹] تنفس هلیوم به‌طور مستقیم از سیلندرهای تحت فشار یا حتی شیرهای پر کننده بادکنک بسیار خطرناک است، زیرا سرعت و فشار زیاد جریان می‌تواند منجر به باروتروما و پارگی کشنده بافت ریه شود.[۱۵۰] مرگ ناشی از هلیوم نادر است. اولین پرونده ثبت شده در رسانه‌ها مربوط به یک دختر ۱۵ ساله و اهل تگزاس بود که در سال ۱۹۹۸ در اثر تنفس هلیوم در مهمانی یکی از دوستانش درگذشت. نوع دقیق مرگ هلیوم مشخص نیست.[۱۴۷][۱۴۸][۱۴۹] در ایالات متحده بین سالهای ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۴ مرگ دو نفر گزارش شده‌است، از جمله مردی که در سال ۲۰۰۲ در کارولینای شمالی در اثر باروتروما درگذشت.[۱۴۵][۱۵۰] در سال ۲۰۰۳ در ونکوور، جوانی دچار آسپیراسیون ریوی شد و یک مرد ۲۷ ساله نیز در استرالیا بعد از تنفس از یک کپسول هلیوم در سال ۲۰۰۰ دچار آمبولی شد.[۱۵۱][۱۵۲][۱۵۳] سال ۲۰۱۳ در میشیگان نیز دختری بر اثر هیپوکسی درگذشت.[۱۵۴] در ۲۸ ژانویه، یکی از اعضای یک گروه موزیک ژاپنی، هنگام ضبط برنامه تلویزیونی پس از تنفس هلیوم در حین ضبط دچار آمبولی هوا می‌شود و به کما می‌رود. این حادثه تا یک هفته بعد علنی نشد و درنهایت در ۴ فوریه ۲۰۱۵ مشخص شد.[۱۵۵][۱۵۶]

موارد ایمنی هلیوم کرایوژنیک مشابه موارد با نیتروژن مایع است. دمای بسیار پایین آن می‌تواند منجر به سوختگی سرما شود و در صورت عدم نصب وسایل فشارسنج، نسبت انبساط مایع به گاز می‌تواند باعث انفجار شود. ظروف گاز هلیوم در دمای ۵ تا ۱۰ کلوین به دلیل انبساط حرارتی سریع و قابل توجه که هنگام گرم شدن گاز هلیوم در کمتر از ۱۰ کلوین به دمای اتاق می‌رسد باید به گونه‌ای به کار گرفته شوند که گویی حاوی هلیوم مایع هستند.[۶۱] در فشارهای بالا (بیش از حدود ۲۰ اتمسفر یا دو مگاپاسکال)، مخلوطی از هلیوم و اکسیژن (هلیوکس) می‌تواند منجر به سندرم عصبی با فشار بالا، نوعی اثر بی‌حس کننده معکوس شود. اضافه کردن مقدار کمی ازت به مخلوط می‌تواند مشکل را کاهش دهد.[۱۵۷][۱۳۰]

پانویسویرایش

  1. برخی از پژوهشگران معتقدند که بهتر است هلیوم به‌جای این‌که روی گروه گازهای نجیب قرار داده شود، بالای عنصر بریلیم و گروه فلزات قلیایی خاکی قرار داده شود. آرایش الکترونی، روند پتانسیل یونش و الکترون خواهی، واکنش‌پذیری، مقایسه ترکیبات شیمیایی و ساختار بلوری آن از دلایلی است که برای این ایده برشمرده می‌شود.[۵][۶][۷][۸][۹] با این‌حال، اغلب شیمی‌دان‌ها، ترجیح می‌دهند که هلیوم به‌خاطر داشتن بی‌میلی شیمیایی عجیب و فوق العاده نزدیکش به گازهای نجیبی مانند نئون و آرگون، بر روی نئون و گروه گازهای نجیب قرار داشته باشد.[۱۰]

توضیحاتویرایش

  1. گازی که به‌خاطر داشتن چگالی کمتر از گازهای موجود در جو زمین، در جو زمین به بالا می‌رود.
  2. زمانی که یک ماده ابرشاره توسط امواج گرم می‌شود، انبساط موجب افزایش و توسعه سطح مایع و در نتیجه ایجاد یک چشمه می‌شود.
  3. پدیده‌ای در مکانیک کوانتومی که در آن انتقال گرما، برخلاف روش معمول و متداول واپخش، به‌صورت موج‌مانند انجام می‌شود.
  4. هسته دارای هاله، به هسته‌ای گفته می‌شود که توسط ابری هاله مانند از پروتون یا نوترون احاطه شده‌است و درنتیجه بزرگ‌تر از یک هسته معمولی و فاقد هاله دیده می‌شود
  5. ترکیبی یونی که الکترون به‌عنوان یون منفی آن است. ترکیب [Na(NH۳)۶]+,e یک الکترید است.
  6. آزمون افزایش ناگهانی آنتالپی، آزمونی برای بررسی شرایط جریان آیرودینامیک، حرارت‌دهی آیرودینامیک، ورود مجدد به جو زمین، احتراق،سینتیک شیمیایی، بالستیک و دیگر اثرات است.
  7. گاز آسیفیکس، گازی است غیرسمی یا دارای سمیت کم که موجب کاهش غلظت یا جایگزینی اکسیژن موجود در هوای مورد تنفس است.

واژه‌نامهویرایش

  1. ἥλιος
  2. Erasmus Haworth
  3. David McFarland
  4. Richard Threlfall
  5. Barrage Balloon
  6. Hampton Roads
  7. Bolling Air Force Base
  8. USS Shenandoah
  9. Lifting gas
  10. Shielded Arc Welding
  11. Helium mass spectrometer
  12. National Helium Reserve
  13. Helium Act of 1925
  14. United States Bureau of Mines
  15. Cliffside
  16. Grade A
  17. Hugoton Gas Field
  18. High-energy electron-scattering experiments
  19. Joule–Thomson coefficient
  20. Joule–Thomson inversion temperature
  21. Cryogenic liquids
  22. Two-fluid model
  23. Fountain effect
  24. Sintered disc
  25. Second sound
  26. Rollin film
  27. Bernard V. Rollin
  28. Third sound
  29. Gerald Kulcinski
  30. Helium-3 refrigerator
  31. Nuclear halo
  32. Liquid drop model
  33. Fluoroheliate
  34. Metastable
  35. Endohedral fullerene
  36. Electride
  37. Heterosphere
  38. Pitchblende
  39. Meteoric iron
  40. Standard cubic meter
  41. Panhandle Field
  42. National Helium Reserve
  43. Responsible Helium Administration and Stewardship Act
  44. ISO
  45. Future of helium as a natural resource
  46. International Helium Agency
  47. Impulse facility
  48. Helium integral test
  49. Permeation constant
  50. Helium–neon laser
  51. Trimix
  52. Heliair
  53. Deep diving
  54. High-pressure nervous syndrome
  55. Gas-cooled nuclear reactors
  56. Heat capacity ratio
  57. Thermoacoustic refrigeration
  58. Asphyxiant gas

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Shuen-Chen Hwang, Robert D. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Noble Gases". Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley. pp. 343–383. doi:10.1002/0471238961.0701190508230114.a01.
  3. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  5. Grochala, Wojciech (1 November 2017). "On the position of helium and neon in the Periodic Table of Elements". Foundations of Chemistry. 20 (2018): 191–207. doi:10.1007/s10698-017-9302-7.
  6. Bent Weberg, Libby (18 January 2019). ""The" periodic table". Chemical & Engineering News. 97 (3). Retrieved 27 March 2020.
  7. Grandinetti, Felice (23 April 2013). "Neon behind the signs". Nature Chemistry. 5 (2013): 438. Bibcode:2013NatCh...5..438G. doi:10.1038/nchem.1631. PMID 23609097. Retrieved 27 March 2019.
  8. Kurushkin, Mikhail (2020). "Helium's placement in the Periodic Table from a crystal structure viewpoint". IUCrJ. 7 (4): 1–2. doi:10.1107/S2052252520007769. Retrieved 19 June 2020.
  9. Labarca, Martín; Srivaths, Akash (2016). "On the Placement of Hydrogen and Helium in the Periodic System: A New Approach". Bulgarian Journal of Science Education. 25 (4): 514–530. Retrieved 19 June 2020.
  10. Lewars, Errol G. (5 December 2008). Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer Science & Business Media. pp. 69–71. ISBN 978-1-4020-6973-4. Archived from the original on 19 May 2016.
  11. Kirk, Wendy L. "Cleveite [not Clevite] and helium". Museums & Collections Blog. University College London. Archived from the original on 18 October 2018. Retrieved 18 August 2017.
  12. Kochhar, R. K. (1991). "French astronomers in India during the 17th – 19th centuries". Journal of the British Astronomical Association. 101 (۲): 95–100. Bibcode:1991JBAA..101...95K.
  13. ۱۳٫۰۰ ۱۳٫۰۱ ۱۳٫۰۲ ۱۳٫۰۳ ۱۳٫۰۴ ۱۳٫۰۵ ۱۳٫۰۶ ۱۳٫۰۷ ۱۳٫۰۸ ۱۳٫۰۹ ۱۳٫۱۰ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 175–179. ISBN 978-0-19-850341-5.
  14. ۱۴٫۰۰ ۱۴٫۰۱ ۱۴٫۰۲ ۱۴٫۰۳ ۱۴٫۰۴ ۱۴٫۰۵ ۱۴٫۰۶ ۱۴٫۰۷ ۱۴٫۰۸ ۱۴٫۰۹ ۱۴٫۱۰ ۱۴٫۱۱ ۱۴٫۱۲ ۱۴٫۱۳ ۱۴٫۱۴ ۱۴٫۱۵ ۱۴٫۱۶ ۱۴٫۱۷ ۱۴٫۱۸ ۱۴٫۱۹ ۱۴٫۲۰ Hampel, Clifford A. (1968). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Van Nostrand Reinhold. pp. 256–268. ISBN 978-0-442-15598-8.
  15. "helium (n.)". Archived from the original on 27 August 2020. Retrieved 27 August 2020. 1868, coined from Greek hēlios "sun" (from PIE root *sawel- "the sun")
  16. Thomson, William (August 3, 1871). "Inaugural Address of Sir William Thomson". Nature. 4 (92): 261–278 [268]. Bibcode:1871Natur...4..261.. doi:10.1038/004261a0. PMC 2070380. Archived from the original on December 2, 2016. Retrieved February 22, 2016. Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium
  17. Stewart, Alfred Walter (2008). Recent Advances in Physical and Inorganic Chemistry. BiblioBazaar, LLC. p. ۲۰۱. ISBN 0-554-80513-8.
  18. William Ramsay (1895). "On a Gas Showing the Spectrum of Helium, the Reputed Cause of D3 , One of the Lines in the Coronal Spectrum. Preliminary Note". Proceedings of the Royal Society of London. 58 (347–352): 65–67. doi:10.1098/rspl.1895.0006.
  19. Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I". Proceedings of the Royal Society of London. 58 (347–352): 80–89. doi:10.1098/rspl.1895.0010.
  20. Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II--". Proceedings of the Royal Society of London. 59 (1): 325–330. doi:10.1098/rspl.1895.0097.
  21. (آلمانی) Langlet, N. A. (1895). "Das Atomgewicht des Heliums". Zeitschrift für anorganische Chemie (به German). 10 (1): 289–292. doi:10.1002/zaac.18950100130.
  22. Weaver, E.R. (1919). "Bibliography of Helium Literature". Industrial & Engineering Chemistry.
  23. Pat Munday (1999). John A. Garraty and Mark C. Carnes, ed. Biographical entry for W.F. Hillebrand (1853–1925), geochemist and U.S. Bureau of Standards administrator in American National Biography. 10–11. Oxford University Press. pp. 808–809, 227–228.
  24. van Delft, Dirk (2008). "Little cup of Helium, big Science" (PDF). Physics today: 36–42. Archived from the original (PDF) on 25 June 2008. Retrieved 20 July 2007.
  25. "Coldest Cold". Time Inc. 10 June 1929. Archived from the original on 21 July 2013. Retrieved 27 July 2007.
  26. Kapitza, P. (1938). "Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point". Nature. 141 (3558): 74. Bibcode:1938Natur.141...74K. doi:10.1038/141074a0.
  27. Osheroff, D. D. ; Richardson, R. C. ; Lee, D. M. (1972). "Evidence for a New Phase of Solid He۳". Phys. Rev. Lett. 28 (14): 885–888. Bibcode:1972PhRvL..28..885O. doi:10.1103/PhysRevLett.28.885.
  28. McFarland, D. F. (1903). "Composition of Gas from a Well at Dexter, Kan". Transactions of the Kansas Academy of Science. 19: 60–62. doi:10.2307/3624173. JSTOR 3624173.
  29. "Discovery of Helium in Natural Gas at the University of Kansas". National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. Archived from the original on 2014-02-26. Retrieved 2014-02-21.
  30. Cady, H. P.; McFarland, D. F. (1906). "Helium in Natural Gas". Science. 24 (611): 344. Bibcode:1906Sci....24..344D. doi:10.1126/science.24.611.344. PMID 17772798.
  31. Cady, H. P.; McFarland, D. F. (1906). "Helium in Kansas Natural Gas". Transactions of the Kansas Academy of Science. 20: 80–81. doi:10.2307/3624645. JSTOR 3624645.
  32. Eugene Emme, ed. (1961). "Aeronautics and Astronautics Chronology, 1920–1924". Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915–1960. Washington, D.C.: NASA. pp. 11–19.
  33. Hilleret, N. (1999). "Leak Detection" (PDF). In S. Turner. CERN Accelerator School, vacuum technology: proceedings: Scanticon Conference Centre, Snekersten, Denmark, 28 May – 3 June 1999. Geneva, Switzerland: CERN. pp. 203–212. At the origin of the helium leak detection method was the Manhattan Project and the unprecedented leak-tightness requirements needed by the uranium enrichment plants. The required sensitivity needed for the leak checking led to the choice of a mass spectrometer designed by Dr. A.O.C. Nier tuned on the helium mass.
  34. Williamson, John G. (1968). "Energy for Kansas". Transactions of the Kansas Academy of Science. 71 (4): 432–438. doi:10.2307/3627447. JSTOR 3627447.
  35. "Conservation Helium Sale" (PDF). Federal Register. 70 (193): 58464. 2005-10-06. Archived from the original (PDF) on 2008-10-31. Retrieved 2008-07-20.
  36. Albert Stwertka (1998). Guide to the Elements: Revised Edition. Oxford University Press. p. 24. ISBN 0-19-512708-0.
  37. "Public Law 104 - 273 - Helium Privatization Act of 1996". govinfo.gov. 9 October 1996. Retrieved 27 August 2020.
  38. ۳۸٫۰ ۳۸٫۱ Executive Summary. nap.edu. 2000. doi:10.17226/9860. ISBN 978-0-309-07038-6. Archived from the original on 2008-03-27. Retrieved 2008-07-20.
  39. Mullins, P. V.; Goodling, R. M. (1951). Helium. Bureau of Mines / Minerals yearbook 1949. pp. 599–602. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-07-20.
  40. "Helium End User Statistic" (PDF). U.S. Geological Survey. Archived from the original (PDF) on 2008-09-21. Retrieved 2008-07-20.
  41. ۴۱٫۰ ۴۱٫۱ ۴۱٫۲ Smith, E. M.; Goodwin, T. W.; Schillinger, J. (2003). "Challenges to the Worldwide Supply of Helium in the Next Decade". Advances in Cryogenic Engineering. 49. A (710): 119–138. Bibcode:2004AIPC..710..119S. doi:10.1063/1.1774674.
  42. Kaplan, Karen H. (June 2007). "Helium shortage hampers research and industry". Physics Today. American Institute of Physics. 60 (6): 31–32. Bibcode:2007PhT....60f..31K. doi:10.1063/1.2754594.
  43. Basu, Sourish (October 2007). Yam, Philip, ed. "Updates: Into Thin Air". Scientific American. 297 (4). Scientific American, Inc. p. 18. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-08-04.
  44. ۴۴٫۰ ۴۴٫۱ ۴۴٫۲ Newcomb, Tim (21 August 2012). "There's a Helium Shortage On—and It's Affecting More than Just Balloons". Time.com. Archived from the original on 29 December 2013. Retrieved 2013-09-16.
  45. "Air Liquide | the world leader in gases, technologies and services for Industry and Health". 19 February 2015. Archived from the original on 2014-09-14. Retrieved 2015-05-25. Air Liquide Press Release.
  46. "Middle East turmoil is disrupting a vital resource for nuclear energy, space flight and birthday balloons". washingtonpost.com. 26 June 2017. Archived from the original on 26 June 2017. Retrieved 26 June 2017.
  47. Rob Cockerill (25 December 2014). "2015 – What lies ahead? Part 1". gasworld.com. Archived from the original on 2015-01-17. Retrieved 27 August 2020.
  48. "Will Air Products' (APD) Earnings Surprise Estimates in Q2? - Analyst Blog". NASDAQ.com. April 28, 2015. Archived from the original on July 15, 2019. Retrieved August 4, 2019.
  49. Watkins, Thayer. "The Old Quantum Physics of Niels Bohr and the Spectrum of Helium: A Modified Version of the Bohr Model". San Jose State University. Archived from the original on 2009-05-26. Retrieved 2009-06-24.
  50. "Radioactivity in the Environment". Sciencedirect.com. 2012. p. 9. doi:10.1016/B978-0-08-045016-2.00001-1. Retrieved 28 August 2020.
  51. "Helium". Los Alamos National Laboratory. Retrieved 27 August 2020.
  52. McCracken, Garry; Stott, Peter (2013). Fusion in the Sun and Stars. Elsevier. p. 15–29. doi:10.1016/b978-0-12-384656-3.00003-9. ISBN 978-0-12-384656-3.
  53. "Big Bang Nucleosynthesis". University of California, Los Angeles. 26 September 2012. Retrieved 27 August 2020.
  54. "Origin of the Elements". Berkeley Lab — Lawrence Berkeley National Laboratory. 2000-08-09. Retrieved 2020-08-28.
  55. Lewars, Errol G. (2008). Modelling Marvels. Springer. pp. ۷۰–۷۱. ISBN 1-4020-6972-3.
  56. Weiss, Ray F. (1971). "Solubility of helium and neon in water and seawater". J. Chem. Eng. Data. 16 (2): 235–241. doi:10.1021/je60049a019.
  57. Scharlin, P. ; Battino, R. Silla, E. ; Tuñón, I. ; Pascual-Ahuir, J. L. (1998). "Solubility of gases in water: Correlation between solubility and the number of water molecules in the first solvation shell". Pure & Appl. Chem. 70 (10): 1895–1904. doi:10.1351/pac199870101895.
  58. Stone, Jack A. ; Stejskal, Alois (2004). "Using helium as a standard of refractive index: correcting errors in a gas refractometer". Metrologia. 41 (3): 189–197. Bibcode:2004Metro..41..189S. doi:10.1088/0026-1394/41/3/012.
  59. Buhler, F. ; Axford, W. I. ; Chivers, H. J. A. ; Martin, K. (1976). "Helium isotopes in an aurora". J. Geophys. Res. 81 (1): 111–115. Bibcode:1976JGR....81..111B. doi:10.1029/JA081i001p00111.
  60. "Solid Helium". Department of Physics, University of Alberta. 5 October 2005. Archived from the original on 31 May 2008. Retrieved 20 July 2008.
  61. ۶۱٫۰ ۶۱٫۱ ۶۱٫۲ ۶۱٫۳ ۶۱٫۴ ۶۱٫۵ Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  62. Grilly, E. R. (1973). "Pressure-volume-temperature relations in liquid and solid 4He". Journal of Low Temperature Physics. 11 (1–2): 33–52. Bibcode:1973JLTP...11...33G. doi:10.1007/BF00655035.
  63. Henshaw, D. B. (1958). "Structure of Solid Helium by Neutron Diffraction". Physical Review Letters. 109 (2): 328–330. Bibcode:1958PhRv..109..328H. doi:10.1103/PhysRev.109.328.
  64. Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. p. 6-120. ISBN 0-8493-0486-5.
  65. Hohenberg, P. C.; Martin, P. C. (2000). "Microscopic Theory of Superfluid Helium". Annals of Physics. 281 (1–2): 636–705 12091211. Bibcode:2000AnPhy.281..636H. doi:10.1006/aphy.2000.6019.
  66. Warner, Brent. "Introduction to Liquid Helium". NASA. Archived from the original on 2005-09-01. Retrieved 2007-01-05.
  67. Fairbank, H. A.; Lane, C. T. (1949). "Rollin Film Rates in Liquid Helium". Physical Review. 76 (8): 1209–1211. Bibcode:1949PhRv...76.1209F. doi:10.1103/PhysRev.76.1209.
  68. Rollin, B. V.; Simon, F. (1939). "On the 'film' phenomenon of liquid helium II". Physica. 6 (2): 219–230. Bibcode:1939Phy.....6..219R. doi:10.1016/S0031-8914(39)80013-1.
  69. Ellis, Fred M. (2005). "Third sound". Wesleyan Quantum Fluids Laboratory. Archived from the original on 2007-06-21. Retrieved 2008-07-23.
  70. Bergman, D. (1949). "Hydrodynamics and Third Sound in Thin He II Films". Physical Review. 188 (1): 370–384. Bibcode:1969PhRv..188..370B. doi:10.1103/PhysRev.188.370.
  71. Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. ۱۷۵–۱۷۹. ISBN 0-19-850341-5.
  72. ۷۲٫۰ ۷۲٫۱ Weiss, Achim. "Elements of the past: Big Bang Nucleosynthesis and observation". Max Planck Institute for Gravitational Physics. Archived from the original on 2010-07-29. Retrieved 2008-06-23.; Coc, Alain; Vangioni-Flam, Elisabeth; Descouvemont, Pierre; Adahchour, Abderrahim; Angulo, Carmen (2004). "Updated Big Bang Nucleosynthesis confronted to WMAP observations and to the Abundance of Light Elements". Astrophysical Journal. 600 (2): 544–552. arXiv:astro-ph/0309480. Bibcode:2004ApJ...600..544C. doi:10.1086/380121.
  73. ۷۳٫۰ ۷۳٫۱ Anderson, Don L. ; Foulger, G. R. ; Meibom, A. (2006-09-02). "Helium Fundamentals". MantlePlumes.org. Archived from the original on 8 February 2007. Retrieved 2008-07-20.
  74. Novick, Aaron (1947). "Half-Life of Tritium". Physical Review. ۷۲ (۱۰): ۹۷۲–۹۷۲. Bibcode:1947PhRv...72..972N. doi:10.1103/PhysRev.72.972.2.
  75. Zastenker G. N. et al. (2002). "Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements". Astrophysics. ۴۵ (۲): ۱۳۱–۱۴۲. Bibcode:2002Ap.....45..131Z. doi:10.1023/A:1016057812964. Archived from the original on 1 October 2007. Retrieved 2008-07-20.
  76. "Lunar Mining of Helium-3". Fusion Technology Institute of the University of Wisconsin-Madison. 2007-10-19. Archived from the original on 9 June 2010. Retrieved 2008-07-09.
  77. Slyuta, E. N. ; Abdrakhimov, A. M. ; Galimov, E. M. (2007). "The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith" (PDF). Lunar and Planetary Science XXXVIII. Archived (PDF) from the original on 5 July 2008. Retrieved 2008-07-20.
  78. Hedman, Eric R. (2006-01-16). "A fascinating hour with Gerald Kulcinski". The Space Review. Archived from the original on 9 January 2011. Retrieved 2008-07-20.
  79. Hiby, Julius W. (1939). "Massenspektrographische Untersuchungen an Wasserstoff- und Heliumkanalstrahlen (H+
    3
    , H
    2
    , HeH+
    , HeD+
    , He
    )". Annalen der Physik. 426 (5): 473–487. Bibcode:1939AnP...426..473H. doi:10.1002/andp.19394260506.
  80. Friedrich, Bretislav (8 April 2013). "A Fragile Union Between Li and He Atoms". Physics. 6: 42. Bibcode:2013PhyOJ...6...42F. doi:10.1103/Physics.6.42. hdl:11858/00-001M-0000-000E-F3CF-5. Archived from the original on 29 August 2017. Retrieved 24 August 2019.
  81. Wong, Ming Wah (2000). "Prediction of a Metastable Helium Compound: HHeF". Journal of the American Chemical Society. 122 (26): 6289–6290. doi:10.1021/ja9938175.
  82. "Collapse of helium's chemical nobility predicted by Polish chemist" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2009-03-19. Retrieved 2009-05-15.
  83. Saunders, Martin; Jiménez-Vázquez, Hugo A.; Cross, R. James; Poreda, Robert J. (1993). "Stable Compounds of Helium and Neon: He@C60 and Ne@C60". Science. 259 (5100): 1428–1430. Bibcode:1993Sci...259.1428S. doi:10.1126/science.259.5100.1428. PMID 17801275.
  84. Saunders, Martin; Jiménez-Vázquez, Hugo A.; Cross, R. James; Mroczkowski, Stanley; Freedberg, Darón I.; Anet, Frank A. L. (1994). "Probing the interior of fullerenes by 3He NMR spectroscopy of endohedral 3He@C60 and 3He@C70". Nature. 367 (6460): 256–258. Bibcode:1994Natur.367..256S. doi:10.1038/367256a0.
  85. Vos, W. L.; Finger, L. W.; Hemley, R. J.; Hu, J. Z.; Mao, H. K.; Schouten, J. A. (1992). "A high-pressure van der Waals compound in solid nitrogen-helium mixtures". Nature. 358 (6381): 46–48. Bibcode:1992Natur.358...46V. doi:10.1038/358046a0.
  86. Dong, Xiao; Oganov, Artem R.; Goncharov, Alexander F.; Stavrou, Elissaios; Lobanov, Sergey; Saleh, Gabriele; Qian, Guang-Rui; Zhu, Qiang; Gatti, Carlo; Deringer, Volker L.; Dronskowski, Richard; Zhou, Xiang-Feng; Prakapenka, Vitali B.; Konôpková, Zuzana; Popov, Ivan A.; Boldyrev, Alexander I.; Wang, Hui-Tian (2017). "A stable compound of helium and sodium at high pressure". Nature Chemistry. 9 (5): 440–445. arXiv:1309.3827. Bibcode:2017NatCh...9..440D. doi:10.1038/nchem.2716. ISSN 1755-4330. PMID 28430195.
  87. Tom Metcalfe (27 June 2016). "Huge Cache of Ancient Helium Discovered in Africa's Rift Valley". Livescience.com. Retrieved 31 August 2020.
  88. Oliver, B. M.; Bradley, James G. (1984). "Helium concentration in the Earth's lower atmosphere". Geochimica et Cosmochimica Acta. 48 (9): 1759–1767. Bibcode:1984GeCoA..48.1759O. doi:10.1016/0016-7037(84)90030-9.
  89. "The Atmosphere: Introduction". JetStream – Online School for Weather. National Weather Service. 2007-08-29. Archived from the original on January 13, 2008. Retrieved 2008-07-12.
  90. Lie-Svendsen, Ø.; Rees, M. H. (1996). "Helium escape from the terrestrial atmosphere: The ion outflow mechanism". Journal of Geophysical Research. 101 (A2): 2435–2444. Bibcode:1996JGR...101.2435L. doi:10.1029/95JA02208.
  91. Strobel, Nick (2007). "Atmospheres". Nick Strobel's Astronomy Notes. Archived from the original on 2010-09-28. Retrieved 2007-09-25.
  92. G. Brent Dalrymple. "How Good Are Those Young-Earth Arguments?". Archived from the original on 2011-06-07. Retrieved 2011-02-13.
  93. Hobart M. King. "Uraninite". Geology.com. Retrieved 1 September 2020.
  94. R. J. Strutt. "Helium and Radio-Activity in Rare and Common Minerals". Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 80 (542): 572–594. Retrieved 1 September 2020.
  95. "Popular Mechanics". March 1931. p. 460. Retrieved 1 September 2020.
  96. Cook, Melvine A. (1957). "Where is the Earth's Radiogenic Helium?". Nature. 179 (4552): 213. Bibcode:1957Natur.179..213C. doi:10.1038/179213a0.
  97. Aldrich, L. T.; Nier, Alfred O. (1948). "The Occurrence of He3 in Natural Sources of Helium". Phys. Rev. 74 (11): 1590–1594. Bibcode:1948PhRv...74.1590A. doi:10.1103/PhysRev.74.1590.
  98. Morrison, P.; Pine, J. (1955). "Radiogenic Origin of the Helium Isotopes in Rock". Annals of the New York Academy of Sciences. 62 (3): 71–92. Bibcode:1955NYASA..62...71M. doi:10.1111/j.1749-6632.1955.tb35366.x.
  99. Zartman, R. E.; Wasserburg, G. J.; Reynolds, J. H. (1961). "Helium Argon and Carbon in Natural Gases" (PDF). Journal of Geophysical Research. 66 (1): 277–306. Bibcode:1961JGR....66..277Z. doi:10.1029/JZ066i001p00277. Archived from the original (PDF) on 2017-08-09. Retrieved 2019-01-29.
  100. Broadhead, Ronald F. (2005). "Helium in New Mexico—geology distribution resource demand and exploration possibilities" (PDF). New Mexico Geology. 27 (4): 93–101. Archived from the original (PDF) on 2012-03-30. Retrieved 2008-07-21.
  101. "PressTV". Archived from the original on 2016-03-03. Retrieved 2014-09-28.
  102. "Press release: The unbearable lightness of helium..." European Association of Geochemistry. Archived from the original on 2015-09-06. Retrieved 5 March 2017.
  103. Editor, Ian Sample Science (28 June 2016). "Huge helium gas find in east Africa averts medical shortage". The Guardian. Archived from the original on 22 February 2017. Retrieved 5 March 2017.
  104. Winter, Mark (2008). "Helium: the essentials". University of Sheffield. Archived from the original on 2008-07-14. Retrieved 2008-07-14.
  105. Cai, Z.; et al. (2007). Modelling Helium Markets (PDF). University of Cambridge. Archived from the original (PDF) on 2009-03-26. Retrieved 2008-07-14.
  106. Helium (PDF). Mineral Commodity Summaries. U.S. Geological Survey. 2009. pp. 74–75. Archived from the original (PDF) on 2009-08-14. Retrieved 2009-12-19.
  107. ۱۰۷٫۰ ۱۰۷٫۱ "Air Liquide and Linde in Helium Hunt as Texas Reserves Dry Up". Bloomberg. 2014. Archived from the original on 2017-03-10. Retrieved 2017-03-07.
  108. Briggs, Helen (28 June 2016). "Helium discovery a 'game-changer'". BBC News. Archived from the original on 28 June 2016. Retrieved 2016-06-28.
  109. Sample, Ian (28 June 2016). "Huge helium gas find in east Africa averts medical shortage". The Guardian. Archived from the original on 29 June 2016. Retrieved 29 June 2016.
  110. Pierce, A. P. , Gott, G. B. , and Mytton, J. W. (1964). "Uranium and Helium in the Panhandle Gas Field Texas, and Adjacent Areas", Geological Survey Professional Paper 454-G, Washington:US Government Printing Office
  111. "Responsible Helium Administration and Stewardship Act (H.R. 527)". House Committee on Natural Resources. Committee on Natural Resources United States House of Representatives. Archived from the original on 2017-03-06. Retrieved 5 March 2017.
  112. Belyakov, V. P.; Durgar'yan, S. G.; Mirzoyan, B. A. (1981). "Membrane technology—A new trend in industrial gas separation". Chemical and Petroleum Engineering. 17 (1): 19–21. doi:10.1007/BF01245721.
  113. "Chapter: 4 Helium Supply, Present and Future". nap.edu. Archived from the original on 10 September 2014. Retrieved 27 August 2020.
  114. Dee, P. I.; Walton E. T. S. (1933). "A Photographic Investigation of the Transmutation of Lithium and Boron by Protons and of Lithium by Ions of the Heavy Isotope of Hydrogen" (PDF). Proceedings of the Royal Society of London. 141 (845): 733–742. Bibcode:1933RSPSA.141..733D. doi:10.1098/rspa.1933.0151.
  115. "Helium". Lanzhou University. Retrieved 1 September 2020.
  116. Connor, Steve (23 August 2010). "Richard Coleman campaigning against US Congress' decision to sell all helium supplies by 2015". London: Independent.co.uk. Archived from the original on 14 November 2010. Retrieved 2010-11-27.
  117. Nuttall, William J.; Clarke, Richard H.; Glowacki, Bartek A. (2012). "Resources: Stop squandering helium". Nature. 485 (7400): 573–575. Bibcode:2012Natur.485..573N. doi:10.1038/485573a. PMID 22660302.
  118. U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey (2015). "Helium". Mineral Commodity Summaries 2014. pp. 72–73. Archived from the original (PDF) on 2014-04-04. Retrieved 2014-05-31.
  119. Michael Banks (27 January 2010). "Helium sell-off risks future supply". Physics World. Archived from the original on 10 June 2012. Retrieved 27 February 2010.
  120. Beckwith, I. E.; Miller, C. G. (1990). "Aerothermodynamics and Transition in High-Speed Wind Tunnels at Nasa Langley". Annual Review of Fluid Mechanics. 22 (1): 419–439. Bibcode:1990AnRFM..22..419B. doi:10.1146/annurev.fl.22.010190.002223.
  121. Morris, C.I. (2001). Shock Induced Combustion in High Speed Wedge Flows (PDF). Stanford University Thesis. Archived from the original (PDF) on 2009-03-04.
  122. ۱۲۲٫۰ ۱۲۲٫۱ "Helium". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wiley-Interscience. 2005. pp. 764–765. ISBN 978-0-471-61525-5.
  123. Hablanian, M. H. (1997). High-vacuum technology: a practical guide. CRC Press. p. 493. ISBN 978-0-8247-9834-5.
  124. Ekin, Jack W. (2006). Experimental Techniques for Low-Temperature measurements. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-857054-7.
  125. Melinda Rose (October 2008). "Helium: Up, Up and Away?". Archived from the original on 22 August 2010. Retrieved 27 August 2020.
  126. Fowler, B.; Ackles, K. N.; G, Porlier (1985). "Effects of inert gas narcosis on behavior—a critical review". Undersea Biomedical Research. 12 (4): 369–402. PMID 4082343. Archived from the original on 2010-12-25. Retrieved 2008-06-27.
  127. Thomas, J. R. (1976). "Reversal of nitrogen narcosis in rats by helium pressure". Undersea Biomed. Res. 3 (3): 249–59. PMID 969027. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-08-06.
  128. Butcher, Scott J.; Jones, Richard L.; Mayne, Jonathan R.; Hartley, Timothy C.; Petersen, Stewart R. (2007). "Impaired exercise ventilatory mechanics with the self-contained breathing apparatus are improved with heliox". European Journal of Applied Physiology. 101 (6): 659–69. doi:10.1007/s00421-007-0541-5. PMID 17701048.
  129. "Heliox21". Linde Gas Therapeutics. 27 January 2009. Archived from the original on 10 September 2011. Retrieved 13 April 2011.
  130. ۱۳۰٫۰ ۱۳۰٫۱ Hunger, W. L. , Jr.; Bennett, P. B. (1974). "The causes, mechanisms and prevention of the high pressure nervous syndrome". Undersea Biomed. Res. 1 (1): 1–28. ISSN 0093-5387. OCLC 2068005. PMID 4619860. Archived from the original on 2010-12-25. Retrieved 2008-04-07.
  131. Rostain, J. C.; Gardette-Chauffour, M. C.; Lemaire, C.; Naquet, R. (1988). "Effects of a H2-He-O2 mixture on the HPNS up to 450 msw". Undersea Biomed. Res. 15 (4): 257–70. OCLC 2068005. PMID 3212843. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-06-24.
  132. Belcher, James R.; Slaton, William V.; Raspet, Richard; Bass, Henry E.; Lightfoot, Jay (1999). "Working gases in thermoacoustic engines". The Journal of the Acoustical Society of America. 105 (5): 2677–2684. Bibcode:1999ASAJ..105.2677B. doi:10.1121/1.426884. PMID 10335618.
  133. Makhijani, Arjun; Gurney, Kevin (1995). Mending the Ozone Hole: Science, Technology, and Policy. MIT Press. ISBN 978-0-262-13308-1.
  134. Gallagher, Sean (November 4, 2013). "HGST balloons disk capacity with helium-filled 6TB drive". Ars Technica. Archived from the original on July 7, 2017. Retrieved June 14, 2017.
  135. Jakobsson, H. (1997). "Simulations of the dynamics of the Large Earth-based Solar Telescope". Astronomical & Astrophysical Transactions. 13 (1): 35–46. Bibcode:1997A&AT...13...35J. doi:10.1080/10556799708208113.
  136. Engvold, O.; Dunn, R.B.; Smartt, R. N.; Livingston, W. C. (1983). "Tests of vacuum VS. helium in a solar telescope". Applied Optics. 22 (1): 10–12. Bibcode:1983ApOpt..22...10E. doi:10.1364/AO.22.000010. PMID 20401118.
  137. Grob, Konrad (1997). "Carrier Gases for GC". Restek Advantage, Restek Corporation. Retrieved March 9, 2016.
  138. "LHC: Facts and Figures" (PDF). CERN. Archived from the original (PDF) on 6 July 2011. Retrieved 30 April 2008.
  139. "Helium, USP: FDA-Approved Drugs". U.S. Food and Drug Administration. Archived from the original on 3 September 2020. Retrieved 3 September 2020.
  140. "FDA approval letter" (PDF). 3 September 2020. Archived from the original (PDF) on 3 September 2020. Retrieved 30 April 2020.
  141. Jean-Claude Chevrolet (2001). "Helium oxygen mixtures in the intensive care unit". Critical Care. 5 (4): 179–181. doi:10.1186/cc1019. Archived from the original on 3 September 2020. Retrieved 3 September 2020.
  142. Ackerman MJ, Maitland G (1975). "Calculation of the relative speed of sound in a gas mixture". Undersea Biomed Res. 2 (4): 305–10. PMID 1226588. Archived from the original on 27 January 2011. Retrieved 2008-08-09.
  143. Oberhaus, Daniel (30 October 2018). "Why a Helium Leak Disabled Every iPhone in a Medical Facility". Motherboard. Vice Media. Archived from the original on 1 November 2018. Retrieved 31 October 2018.
  144. Grassberger, Martin; Krauskopf, Astrid (2007). "Suicidal asphyxiation with helium: Report of three cases Suizid mit Helium Gas: Bericht über drei Fälle". Wiener Klinische Wochenschrift (به German and English). 119 (9–10): 323–325. doi:10.1007/s00508-007-0785-4. PMID 17571238.
  145. ۱۴۵٫۰ ۱۴۵٫۱ Montgomery B.; Hayes S. (2006-06-03). "2 found dead under deflated balloon". Tampa Bay Times. Archived from the original on 2013-12-30. Retrieved 2013-12-29.
  146. "Two students die after breathing helium". CBC. 4 June 2006. Archived from the original on 31 December 2013. Retrieved 30 December 2013.
  147. ۱۴۷٫۰ ۱۴۷٫۱ "Helium inhalation – it's no laughing matter – Article courtesy of BOC Gases". Balloon Artists & Suppliers Association of Australasia Ltd. Archived from the original on 2014-01-14. Retrieved 2014-01-03.
  148. ۱۴۸٫۰ ۱۴۸٫۱ "Dangers of Helium Inhalation". Lou's Balloons. Archived from the original on 2014-01-04.
  149. ۱۴۹٫۰ ۱۴۹٫۱ "Helium Gas Safety & Data Sheet". bouncetime. Archived from the original on 2015-04-22. Retrieved 2014-01-03.
  150. ۱۵۰٫۰ ۱۵۰٫۱ Engber, Daniel (2006-06-13). "Stay Out of That Balloon!". Slate.com. Archived from the original on 2011-10-20. Retrieved 2008-07-14.
  151. Mather, Kate (24 February 2012). "Parents of Eagle Point girl who died from inhaling helium hope to save others from same fate". The Oregonian. Archived from the original on 6 December 2013. Retrieved 2013-06-08.
  152. Barnard, Jeff (22 February 2012). "Ashley Long, Oregon Teenager, Dies After Inhaling Helium at Wild Party (VIDEO)". Huffington Post. Archived from the original on 31 December 2013. Retrieved 30 December 2013.
  153. Barnard, Jeff (23 February 2012). "Teen girl dies after inhaling helium at party". Today. AP. Archived from the original on 2013-12-30. Retrieved 2013-12-30.
  154. "The Oxford Leader Newspaper". Sherman Publications. 3 December 2012. Retrieved 1 September 2020..
  155. "テレ朝事故で分かったヘリウム変声缶の危険性 意識を失うケースの大半が子ども" (به Japanese). 5 February 2015. Archived from the original on 5 February 2015. Retrieved 2015-02-05.
  156. Rayman, Noah (5 February 2015). "J-Pop Teen Star Left in Coma After Inhaling Helium for TV Stunt". Time. Archived from the original on 5 February 2015. Retrieved 2015-02-06.
  157. Rostain J.C.; Lemaire C.; Gardette-Chauffour M.C.; Doucet J.; Naquet R. (1983). "Estimation of human susceptibility to the high-pressure nervous syndrome". J Appl Physiol. 54 (4): 1063–70. doi:10.1152/jappl.1983.54.4.1063. PMID 6853282.

پیوند به بیرونویرایش

عمومی

جزئیات بیشتر

گوناگون

کمبود هلیوم