Сферы применения гелия

Гелий – самый легкий после водорода газ, но в отличие от последнего не горит и не взрывается, поэтому почти четверть производимого в мире гелия используется в рекламе и развлечениях – для наполнения воздушных шариков. Он также незаменим для наполнения оболочек метеорологических зондов и воздухоплавательных судов (дирижаблей). Невоспламеняемость и большая теплопроводность гелия дают возможность применять его как гаситель пламени и защитное средство в хранилищах огнеопасных веществ (бензина, газолина и пр.).

Высокая теплопроводность, химическая инертность и малая способность вступать в ядерную реакцию с нейтронами позволяют использовать гелий для охлаждения атомных реакторов. В гелиевой защитной среде проходят отдельные стадии получения ядерного горючего. В контейнерах, заполненных жидким гелием, хранят и транспортируют тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) ядерных реакторов. В ракетостроении химически нейтральный гелий используют для замещения горючего и окислителя в топливных баках.

Инертный гелий применяют при выращивании кристаллов кремния и германия, при производстве титана и циркония, в газовой хроматографии (газ-носитель), в качестве защитной атмосферы при хранении архивных исторических документов. Биологическая инертность гелия позволяет использовать его и в пищевой промышленности в качестве пропеллента и упаковочного газа (зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е939).

Гелий формирует защитную атмосферу при резке и дуговой сварке чувствительных к воздействию воздуха металлов (титан, медь, алюминий, сплавы магния). Гелий менее электропроводен, чем аргон, вследствие чего электрическая дуга в гелий-аргоновой атмосфере дает более высокую температуру и значительно повышает скорость дуговой сварки тугоплавких сплавов, а отсутствие окисления сохраняет поверхность обработанного металла чистой и блестящей.

Гелий находит применение как рафинирующий реагент при плавке и литье цветных металлов, в частности алюминия и его сплавов. Продувка жидкого металла струей гелия извлекает растворенные в металле газы и удаляет в виде шлака неметаллические примеси Al2O3. Защитная среда из гелия при литье магниевых сплавов уменьшает до нуля угар, обычный при литье на воздухе.

Низкий коэффициент преломления делает гелий оптимальным для заполнения межлинзового пространства телескопов, что уменьшает уровень искажений, обусловленных вариациями температуры.

Наличие нескольких спектральных линий в диапазоне видимого света позволяет использовать гелий для заполнения газоразрядных трубок и как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах.

Как одноатомный газ, гелий обладает высокой проникающей способностью, благодаря чему гелиевые течеискатели лучше других обнаруживают тончайшие трещины и поры при проверке герметичности технологических установок. Исключительно высокая скорость диффузии гелия делает его незаменимым средством для выявления малейших утечек в атомных реакторах, холодильном оборудовании, системах кондиционирования и других устройствах, находящихся под давлением или вакуумом.

Жидкий гелий, самая холодная жидкость на Земле, - уникальный хладагент при производстве жидкого водорода, кислорода. Гелий обеспечивает охлаждение некоторых металлов для перевода их в состояние сверхпроводимости, например при производстве сверхпроводящих магнитов (эффект Мейсснера). Сверхпроводники, а с ними и жидкий гелий, необходимы при производстве детекторов инфракрасного излучения, молекулярных усилителей (мазеров), оптических квантовых генераторов (лазеров), приборов для измерения сверхвысоких частот. При глубоком охлаждении электронных сенсоров жидким гелием, значительно снижается уровень помех, что позволяет оптимизировать отношение «полезный сигнал/шум».

Жидкий гелий используют для охлаждения сверхпроводящих магнитов в медицине (современные ЯМР-томографы). Хотя магниторезонансная томография была разработана только в середине 1970-х годов, сегодня она потребляет пятую часть гелия в мире. По другим оценкам, здравоохранение потребляет чуть меньше 30% мирового потребления гелия для эксплуатации ЯМР-томографов.

Жидкий гелий незаменим в экспериментальной физике – при изучении электрической сверхпроводимости. В Большом адронном коллайдере ускорителе элементарных частиц) в ЦЕРНе используется 96 тонн жидкого гелия для поддержания температуры 1,9 K. Сверхнизкие температуры благоприятствуют углубленному познанию вещества и его строения – при более высоких температурах тонкие детали энергетических спектров маскируются тепловым движением атомов.

Смесь 20% кислорода и 80% гелия по своим химическим свойствам не отличается от воздуха, но имеет перед ним ряд преимуществ. Гелиокислородные дыхательные смеси (HeliOx) стали надежным средством профилактики кессонной болезни и дали большой выигрыш по времени при подъеме водолазов. Применение смесей HeliOx, в которых азот заменен менее растворимым в тканях организма гелием, позволяет увеличивать глубину погружения водолазов с 40-60 до 100 и более метров и удлинять время их пребывания на глубине.