گاز هلیوم
گاز هلیوم به دلیل خواص منحصربه‌فرد خود در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود. در زمینه‌های سرمازایی، به‌عنوان خنک‌کننده فوق‌العاده برای دستگاه‌هایی مانند MRI، طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR)، شتاب‌دهنده‌های ذرات، برخورددهنده‌های بزرگ، آهنرباهای ابررسانا، ذخیره انرژی مغناطیسی و تحقیقات سرماشناسی به کار می‌رود.
هلیوم با سرد کردن مواد ابررسانا تا نزدیکی صفر مطلق، مقاومت الکتریکی را به صفر کاهش داده و امکان تولید میدان مغناطیسی قوی‌تر را فراهم می‌کند. در دستگاه‌های MRI، این ویژگی باعث افزایش دقت و وضوح تصاویر می‌شود. هلیوم به‌عنوان ابرخنک‌کننده، با پایین‌ترین نقطه جوش و ذوب بین عناصر، در فشار اتمسفری جامد نمی‌شود و از نظر شیمیایی بی‌اثر است. به‌علاوه، در دماهای زیر ۲.۲ کلوین به حالت ابرسیال درمی‌آید. برای دماهای کمتر از ۱۷ کلوین، هلیوم جایگزین‌ناپذیر است.
ناوبری هوایی
گاز هلیوم، پس از هیدروژن، دومین عنصر سبک و دارای چگالی کمتر از هواست. به همین دلیل، از پایان جنگ جهانی اول به‌عنوان گاز بالابر در بالن‌ها، بالون‌های هواشناسی و کشتی‌های هوایی مورد استفاده قرار گرفت.
اگرچه نیروی شناوری هلیوم کمتر از هیدروژن است، اما به دلیل غیرقابل اشتعال بودن، انتخاب ایمن‌تری محسوب می‌شود. این ویژگی باعث شد که استفاده از هلیوم به‌عنوان گاز بالابر، نخستین کاربرد صنعتی آن پس از کشف در زمین باشد. در برخی موارد، می‌توان از هیدروژن یا ترکیب هیدروژن و نیتروژن به‌عنوان جایگزین استفاده کرد.
جوشکاری
گاز هلیوم به‌عنوان گاز محافظ در جوشکاری قوس الکترونیکی و قوسی پلاسما استفاده می‌شود. این گاز با بالاترین پتانسیل یونیزاسیون، اتمسفری محافظتی ایجاد کرده و از اکسید شدن فلزات مذاب جلوگیری می‌کند. هلیوم امکان جوشکاری با فلزات خاصی مانند تیتانیوم، زیرکونیوم، منیزیم و آلومینیوم را فراهم می‌سازد که در صنایع هوافضا، کشتی‌سازی و ساخت‌وساز کاربرد دارند. در برخی موارد، آرگون یا هیدروژن جایگزین آن می‌شوند، اما برای جوشکاری قوسی پلاسمای مواد خاص مانند تیتانیوم، استفاده از هلیوم ضروری است، زیرا تنها گازی است که در دمای بالا ایمنی کافی دارد
کاربردها در داخل اتمسفر
این گاز در عملیات پاکسازی فشار، به‌ویژه هنگام جایگزینی هیدروژن مایع یا دیگر گازها، استفاده می‌شود. به دلیل پایین‌ترین نقطه جوش پس از هیدروژن و خاصیت بی‌اثری، گزینه‌ای ایده‌آل برای این فرآیند محسوب می‌شود. در سیستم‌های هیدروژن مایع، نیتروژن به‌دلیل جامد شدن در این شرایط، گزینه مناسبی نیست. صنایع هوافضا، از جمله سازمان‌هایی مانند ناسا و آریان اسپیس، از این گاز برای حفظ فشار مخازن سوخت استفاده می‌کنند. به‌عنوان مثال، در راکت دلتا IV، تزریق این گاز به مخزن اکسیژن مایع از فروپاشی آن جلوگیری کرد. در اغلب موارد، نیتروژن جایگزین مناسبی است، اما در سیستم‌های هیدروژن مایع قابل استفاده نیست.
تشخیص نشت
این گاز به دلیل کوچک‌ترین اندازه مولکولی و ساختار تک‌اتمی، برای تشخیص نشت به کار می‌رود. به‌راحتی از ریزترین منافذ عبور کرده و در این فرآیند، طیف‌سنج جرمی مخصوص آن برای شناسایی نشتی استفاده می‌شود. از این روش در راکت‌ها، مخازن سوخت، مبدل‌های حرارتی، خطوط گاز، تجهیزات الکترونیکی و دیگر صنایع بهره می‌برند. نخستین‌بار، در پروژه مانهاتان برای تشخیص نشتی در تأسیسات غنی‌سازی اورانیوم از این فناوری استفاده شد. در برخی موارد، می‌توان از هیدروژن، نیتروژن یا ترکیب آن‌ها به‌عنوان جایگزین بهره برد.
کروماتوگرافی گازی
گاز هلیوم به عنوان گاز حامل و گاز پاکسازی در کروماتوگرافی گازی به کار می‌رود، زیرا هلیوم از نظر شیمیایی بی‌اثر است ودرجه خلوص بالایی دارد. کروماتوگرافی مجموعه‌ای از اصطلاحاتی است که برای تکنیک‌های آزمایشگاهی برای جداسازی مخلوط استفاده می‌شود. کروماتوگرافی به طور گستره برای تحلیل کیفی و کمی در آزامایشگاه‌ها و فرآیندها به کار می‌رود. گاز هلیوم به عنوان حامل می‌تواند با نیتروژن یا هیدروژن جایگزین شود.
تولید مواد نیمه‌هادی
هلیوم به عنوان گاز محافظتی استفاده می‌شود و به خاطر بی‌اثر بودن شیمیایی بسیار ترجیح داده می‌شود، هلیوم به عنوان گاز خنک‌کننده استفاده می‌شود زیرا هدایت گرمایی و گرمای ویژه بسیار بالایی در تولید مواد نیمه هادی دارد. به عنوان مثال، هلیوم به عنوان آستر در میله‌های تولید صفحات نمایش LCD استفاده می‌شود. در مثالی دیگر، در طول فرآیند پردازش چیپ‌های نیمه‌هادی، هلیوم برای مقابله با سرخ‌شدگی مخازن استفاده می‌شود. به علاوه، هلیوم در زمان رشد بلورهای سیلیکون و ژرمانیم، به عنوان گاز محافظ و خنک‌کننده استفاده می‌شود. هلیوم بسته به کاربردش می‌تواند با آرگون یا هیدروژن یا نیتروژن جایگزین شود.
تولید فیبر نوری
هلیوم به عنوان خنک‌کننده در طول فرآیند تولید کابل فیبر نوری استفاده می‌شود، زیرا هدایت حرارتی و گرمای ویژه بسیار بالایی دارد. دمای پایین و بی‌اثری هلیوم مایع آن را گزینه‌ای ایده‌آل برای سردسازی سریع رشته‌های سلیسی در لوله خنک‌کننده تبدیل کرده است، که به صورت فیبرهای شیشه‌ای از شمش شیشه‌ای تا مکان عمل کشیده شدند. هلیوم به عنوان محیط خنک‌کننده می‌تواند با استفاده از هیدروژن یا نیتروژن جایگزین شود.
تماس با ما
رسانه انتقال گرما در راکتورهای هسته‌ای
این گاز در نسل جدید راکتورهای هسته‌ای به‌عنوان رسانه انتقال گرما استفاده می‌شود و مزایای متعددی دارد. گرمای ویژه و رسانایی حرارتی بالای آن، انتقال حرارت را بسیار کارآمد می‌سازد. همچنین، از نظر رادیولوژیکی بی‌اثر بوده و فرسایش ایجاد نمی‌کند. این ویژگی‌ها باعث افزایش کارایی و دمای عملیاتی نیروگاه‌های هسته‌ای می‌شود. در برخی موارد، می‌توان از نیتروژن به‌جای آن استفاده کرد
مخلوط تنفس
هلیوم در غواصی در آب‌های عمیق در عمق بیش از ۳۰متر استفاده می‌شود، زیرا حلالیت بسیار کمی در آب و خون دارد. مخلوط تنفس هلیوم/اکسیژن مانند هیلیر، تریمیکس و هلیوکس به جای ترکیب‌های تنفسی اکسیژن/نیتروژن استفاده می‌شوند، تا مانع از خواب نیتروژنی یا ایجاد نیتروژن در خون بشوند. به علاوه، هلیوم منجر به فرسایش تجهیزات نشده و غیرسمی است. هیدروژن به عنوان جایگزینی برای هلیوم در گاز غواصی در عمق آب مورد بررسی قرار گرفته است.
اسپری پوشش‌های فلزی
این گاز به‌عنوان حامل پودر در اسپری حرارتی و سرد به کار می‌رود که به دلیل سرعت بالای صوت و بی‌اثری فیزیکی آن است. این روش‌ها که به‌عنوان اسپری پوشش فلزی شناخته می‌شوند، برای پوشش‌دهی سطوح مختلف با فلزات و سرامیک‌ها استفاده می‌شوند. همچنین، سرعت صوت بالا باعث تغییر تن صدا پس از استنشاق آن می‌شود. در برخی موارد، می‌توان از نیتروژن به‌جای این گاز برای حمل پودر استفاده کرد.
لیزر و نورپردازی
این گاز در لیزرها و نورپردازی کاربرد دارد. به‌عنوان تشدیدکننده، در لیزرهای گازی مانند هلیوم-نئون، CO2 و لیزرهای بخار فلزی مانند کادمیوم به کار می‌رود. در سیستم‌های لیزری، وظیفه ایجاد هیجان را بر عهده دارد. لیزرهای مختلف برای تحقیق، هولوگرافی، طیف‌سنجی، اسکن بارکد، جراحی چشم، چاپ و برش مورد استفاده قرار می‌گیرند. امروزه بسیاری از نمونه‌های هلیوم-نئون با مدل‌های دیودی جایگزین شده‌اند. همچنین، این گاز در چراغ‌های تخلیه کاربرد داشته و رنگ سفید تا نارنجی تولید می‌کند. چنین لامپ‌هایی در هنر و نورپردازی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. در برخی لیزرها، نقش آن غیرقابل جایگزین است.
تلسکوپ
گاز هلیوم در تلسکوپ‌های خورشیدی به کار می‌رود. هلیوم تاثیرات انحرافی حاصل از حرارت بین لنزها را در بعضی از تلسکوپ‌ها کاهش می‌دهد، زیرا شاخص انکسار فوق العاده کم و هدایت حرارتی بالایی دارد. هلیوم با استفاده از تلسکوپ‌های دارای خلاء می‌تواند جایگزین شود.
هارد درایوها
برخی هارد درایوها با گازی سبک‌تر از هوا پر می‌شوند تا عملکرد بهتری داشته باشند. این گاز چگالی کمتری نسبت به هوا دارد و مقاومت مکانیکی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، دیسک‌ها می‌توانند به یکدیگر نزدیک‌تر شوند و ذخیره‌سازی بهینه‌تری داشته باشند. همچنین، مصرف انرژی کاهش می‌یابد زیرا موتور به نیروی کمتری نیاز دارد و فرآیند خنک‌سازی ساده‌تر می‌شود
