Primena helijuma

Šema prikupljanja i reciklaže helijuma kod magnetne rezonance

    Zahvaljujući unikatno niskoj temperaturi ključanja, tečni helijum je postao nezamenljiv u istraživanju fizike niskih temperatura tokom čitavog dvadesetog veka. Helijum je redak i neobnovljiv prirodni resurs, jednom kada se pusti u atmosferu zauvek napušta Zemlju. Nakon jednog veka korišćenja tečnog helijuma kao glavnog načina za održavanje niskih temperatura (4,2K i nižih) nastala je ozbiljna neravnoteža između ponude i potražnje. Helijum ima specifične primene zahvaljujući njegovim unikatnim svojstvima. Nekoliko primera primene ću spomenuti ovde. 

- Kriogenika. Helijum ima unikatno nisku tacku ključanja, jedini je i nezamenljiv za dostizanje i održavanje temperatura blizu 4K ili nižih. Tečni helijum služi kao isključivo rashladno sredstvo za sistem magnetne rezonance (MRI), međunarodni linearni kolajder (ILC) i tako dalje.  Proizvedeni su solenoidi od specijalnih legura koji potopljeni u tečni helijum proizvode jaka magnetna polja (do 300000 ersteda) uz zanemarljiv utrošak energije.

- Aerostatici. Helijum je lakši od vazduha, nezapaljiv je. Kao takav se često koristi kao gas za meteorološke, istraživačke, i odbrambene balone i tako dalje. Nedostatak balona punjenog helijumom za razliku od onog punjenog vodonikom je da ovaj prvi neće leteti tako visoko.

- Zavarivanje. Helijum je inertan gas, sa izuzetno dobrom termičkom provodljivošću, našao je primenu u zavarivanju kao zaštitni gas jer sprečava oksidaciju metala u rastopljenom stanju. 

- Detekciji curenja. Helijum ima nizak viskozitet, veliki koeficijent difuzije, i malu molekularnu veličinu, zbog toga je idealni kandidat za detekciju curenja.  Detektuju i najmanje curenje primera iz nuklearnog reaktora ili bilo kojeg drugog sistema pod pritiskom ili vakumom.

- Proizvodnja poluprovodnika. Helijum se koristi kao zaštitni gas pri pravljenju (uzgoju) kristala germanija i silicijuma, i kao zaštitni gas prilikom ispiranja postrojenja. 

- Proizvodnja optičkih vlakana. Helijum se koristi kao rashladno sredstvo zbog svoje visoke toplotne provodljivosti. Niska temperatura tečnog helijuma i inertnost čine ga idealnim za brzo hlađenje silicijumskih niti. 

- Prenos zapaljivih fluida i prahova. Zbog svoje inertnosti, difuznosti, koristi se za prenos zapaljivih materijala, iz jedne posude u drugu, na primer kod raketa i vođenih projektila.

- Proizvodnja i prenos nuklearnog materijala. Gorivi elementi nuklearnih reaktora se skladište i transportuju u kontejnerima napunjenim helijumom, otkriva zbog svoje difuznosti i najmanje curenje iz nuklearnog reaktora, kod visokotemperaturnih nuklearnih reaktora služi kao rashladno sredstvo.

- Detektora infracrvenog zračenja, molekularnih pojačivača (mazera), optičkih kvantnih pojačivača (lasera), uređaja za merenje mikrotalasnih frekvencija. 

- Helijumski vazduh. Vazduh kod kojeg je delić ili ceo deo azota zamenjen helijumom, helijumski vazduh je tri puta lakši i mnogo pokretljiviji od običnog vazduha, ponaša se aktivnije u plućima, brzo unosi kiseonik i brzo izbacuje ugljendioksid, udisanje helijumskog vazduha sprečava azotnu emboliju, helijum je nerastvorljiv u telesnim tečnostima za razliku od azota.

Ovo su samo neke od primena helijuma. Važno je napomenuti da je helijum neobnovljiv resurs, i da ne postoji adekvatna zamena za neke od gore navedenih primena, tako da će neke od njih prestati da postoje u slučaju ako zalihe helijuma prestanu da postoje. Za svaku zemlju Helijum predstavlja strateški resurs. Cene helijuma su stalno u porastu, postoje periodi globalne nestašice, primera kada se radi održavanje postrojenja za obradu helijuma, količina helijuma je sve manje tako da se moraju naći načini da se sačuva, primera radi kroz sakupljanje i reciklažu korišćenog helijuma ili kroz zatvorene sisteme koji ne dopuštaju isticanje helijuma u atmosferu. 

Najveće rezerve helijuma u svetu imaju Sjedinjene Američke Države u svojim rezervoarima Cliffside Field, Potter County, Texas. Pojavljuje se kao nusproizvod kod proizvodnje prirodnog gasa i nafte, to je jedini način njegove proizvodnje u industrijskim razmerama. Kao jedan od izvora helijuma se pominju i novo otkrivena ležista u Tanzaniji (Rift Valley), Kataru, Rusiji (Gasprom Amur, Irkutsk naftne kompanije, projekti). Jedan kubni metar vazduha sadrži samo 5,24 kubnih centimetara helijuma. Mnogo se više helijuma uništi korišćenjem prirodnog gasa za zagrevanje nego što se dobije vađenjem helijuma iz njega.