Հելիումը քիմիական տարր է՝ He խորհրդանիշով և ատոմային համարով՝ 2: Այն հազվագյուտ մթնոլորտային գազ է՝ անգույն, անհամ, անհամ, ոչ թունավոր, ոչ դյուրավառ, ջրում միայն փոքր չափով լուծելի: Մթնոլորտում հելիումի կոնցենտրացիան կազմում է 5.24 x 10-4 ծավալային տոկոս: Այն ունի բոլոր տարրերի մեջ ամենացածր եռման և հալման կետերը և գոյություն ունի միայն որպես գազ, բացառությամբ չափազանց ցուրտ պայմանների:

Հելիումը հիմնականում տեղափոխվում է գազային կամ հեղուկ վիճակում և օգտագործվում է միջուկային ռեակտորներում, կիսահաղորդիչներում, լազերներում, լամպերում, գերհաղորդականության մեջ, գործիքավորումներում, կիսահաղորդիչներում և մանրաթելային օպտիկամանրաթելային հետազոտման մեջ, կրիոգենային տեխնոլոգիաներում, ՄՌՏ-ում և լաբորատոր հետազոտություններում։

Ցածր ջերմաստիճանի սառը աղբյուրը

Հելիումն օգտագործվում է որպես կրիոգեն սառեցնող միջոց կրիոգեն սառեցման աղբյուրների համար, ինչպիսիք են մագնիսական ռեզոնանսային պատկերացումը (ՄՌՊ), միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային (ՄՄՌ) սպեկտրոսկոպիան, գերհաղորդիչ քվանտային մասնիկների արագացուցիչը, մեծ հադրոնային բախիչը, ինտերֆերոմետրը (SQUID), էլեկտրոնային սպինային ռեզոնանսը (ESR) և գերհաղորդիչ մագնիսական էներգիայի կուտակիչը (SMES), MHD գերհաղորդիչ գեներատորները, գերհաղորդիչ սենսորը, հզորության փոխանցումը, մագնիսական լև փոխադրումը, զանգվածային սպեկտրոմետրը, գերհաղորդիչ մագնիսը, ուժեղ մագնիսական դաշտի բաժանիչները, օղակաձև դաշտի գերհաղորդիչ մագնիսները միաձուլման ռեակտորների և այլ կրիոգեն հետազոտությունների համար: Հելիումը սառեցնում է կրիոգեն գերհաղորդիչ նյութերը և մագնիսները գրեթե բացարձակ զրոյի, որի դեպքում գերհաղորդչի դիմադրությունը հանկարծակի իջնում ​​է զրոյի: Գերհաղորդչի շատ ցածր դիմադրությունը ստեղծում է ավելի հզոր մագնիսական դաշտ: Հիվանդանոցներում օգտագործվող ՄՌՏ սարքավորումների դեպքում ավելի ուժեղ մագնիսական դաշտերը ավելի մանրամասն են ստեղծում ռենտգենագրական պատկերներում:

Հելիումն օգտագործվում է որպես գերսառեցնող նյութ, քանի որ հելիումն ունի ամենացածր հալման և եռման կետերը, չի պնդանում մթնոլորտային ճնշման և 0 K ջերմաստիճանում, և հելիումը քիմիապես իներտ է, ինչը գրեթե անհնար է դարձնում այլ նյութերի հետ ռեակցիան: Բացի այդ, հելիումը դառնում է գերհեղուկ 2.2 կելվինից ցածր ջերմաստիճանում: Մինչ օրս եզակի գերշարժունակությունը չի օգտագործվել որևէ արդյունաբերական կիրառման մեջ: 17 կելվինից ցածր ջերմաստիճաններում կրիոգեն աղբյուրում հելիումի փոխարինող չկա որպես սառնագենտ:

Աերոնավտիկա և աստղագնացություն

Հելիումը նաև օգտագործվում է օդապարիկներում և օդանավերում: Քանի որ հելիումը օդից թեթև է, օդանավերն ու օդապարիկները լցված են հելիումով: Հելիումն ունի այն առավելությունը, որ այն չի այրվում, չնայած ջրածինն ավելի լողուն է և ունի թաղանթից ավելի ցածր ելուստի արագություն: Մեկ այլ երկրորդական կիրառություն հրթիռային տեխնոլոգիայում է, որտեղ հելիումն օգտագործվում է որպես կորստի միջավայր՝ պահեստային բաքերում վառելիքը և օքսիդացնողը տեղահանելու և ջրածինն ու թթվածինը խտացնելու համար՝ հրթիռային վառելիք ստանալու համար: Այն կարող է նաև օգտագործվել գետնային օժանդակ սարքավորումներից վառելիքը և օքսիդացնողը հեռացնելու համար՝ մեկնարկից առաջ, և կարող է նախապես սառեցնել հեղուկ ջրածինը տիեզերանավում: Ապոլոն ծրագրում օգտագործված Սատուրն V հրթիռում մեկնարկի համար անհրաժեշտ էր մոտ 370,000 խորանարդ մետր (13 միլիոն խորանարդ ոտնաչափ) հելիում:

Խողովակաշարերի արտահոսքի հայտնաբերում և վերլուծություն

Հելիումի մեկ այլ արդյունաբերական կիրառություն է արտահոսքի հայտնաբերումը: Արտահոսքի հայտնաբերումն օգտագործվում է հեղուկներ և գազեր պարունակող համակարգերում արտահոսքերը հայտնաբերելու համար: Քանի որ հելիումը պինդ մարմինների միջով տարածվում է օդից երեք անգամ ավելի արագ, այն օգտագործվում է որպես հետագծող գազ՝ բարձր վակուումային սարքավորումներում (օրինակ՝ կրիոգեն բաքերում) և բարձր ճնշման անոթներում արտահոսքերը հայտնաբերելու համար: Առարկան տեղադրվում է խցիկում, որը այնուհետև դատարկվում և լցվում է հելիումով: Նույնիսկ 10-9 մբ•լ/վ (10-10 Պա•մ3/վ) արտահոսքի ցածր արագության դեպքում, արտահոսքի միջով դուրս եկող հելիումը կարող է հայտնաբերվել զգայուն սարքի (հելիումի զանգվածային սպեկտրոմետր) միջոցով: Չափման ընթացակարգը սովորաբար ավտոմատացված է և կոչվում է հելիումի ինտեգրման թեստ: Մեկ այլ, ավելի պարզ մեթոդ է տվյալ առարկան լցնել հելիումով և ձեռքով որոնել արտահոսքերը՝ օգտագործելով ձեռքի սարք:

Հելիումն օգտագործվում է արտահոսքի հայտնաբերման համար, քանի որ այն ամենափոքր մոլեկուլն է և մոնատոմ մոլեկուլ, ուստի հելիումը հեշտությամբ արտահոսում է: Արտահոսքի հայտնաբերման ժամանակ օբյեկտի մեջ լցվում է հելիումի գազ, և եթե արտահոսք տեղի ունենա, հելիումի զանգվածային սպեկտրոմետրը կկարողանա հայտնաբերել արտահոսքի տեղը: Հելիումը կարող է օգտագործվել հրթիռներում, վառելիքի բաքերում, ջերմափոխանակիչներում, գազատարներում, էլեկտրոնիկայում, հեռուստացույցի խողովակներում և այլ արտադրական բաղադրիչներում արտահոսքեր հայտնաբերելու համար: Հելիումի միջոցով արտահոսքի հայտնաբերումն առաջին անգամ օգտագործվել է Մանհեթենի նախագծի ժամանակ՝ ուրանի հարստացման գործարաններում արտահոսքեր հայտնաբերելու համար: Արտահոսքի հայտնաբերման հելիումը կարող է փոխարինվել ջրածնով, ազոտով կամ ջրածնի և ազոտի խառնուրդով:

Եռակցում և մետաղամշակում

Հելիումի գազը օգտագործվում է որպես պաշտպանիչ գազ աղեղային և պլազմային աղեղային եռակցման մեջ՝ իր ավելի բարձր իոնացման պոտենցիալ էներգիայի պատճառով, քան մյուս ատոմները: Եռակցման շուրջ գտնվող հելիումի գազը կանխում է մետաղի օքսիդացումը հալված վիճակում: Հելիումի բարձր իոնացման պոտենցիալ էներգիան թույլ է տալիս պլազմային աղեղային եռակցում իրականացնել շինարարության, նավաշինության և ավիատիեզերական արդյունաբերության մեջ օգտագործվող տարբեր մետաղների, ինչպիսիք են տիտանը, ցիրկոնիումը, մագնեզիումը և ալյումինե համաձուլվածքները: Չնայած պաշտպանիչ գազի մեջ պարունակվող հելիումը կարող է փոխարինվել արգոնով կամ ջրածնով, որոշ նյութեր (օրինակ՝ տիտան-հելիումը) չեն կարող փոխարինվել պլազմային աղեղային եռակցմամբ: Քանի որ հելիումը միակ գազն է, որն անվտանգ է բարձր ջերմաստիճաններում:

Զարգացման ամենաակտիվ ոլորտներից մեկը չժանգոտվող պողպատի եռակցումն է: Հելիումը իներտ գազ է, ինչը նշանակում է, որ այն չի ենթարկվում որևէ քիմիական ռեակցիայի այլ նյութերի հետ շփման ժամանակ: Այս բնութագիրը հատկապես կարևոր է եռակցման պաշտպանիչ գազերի դեպքում:

Հելիումը նաև լավ է հաղորդում ջերմությունը։ Ահա թե ինչու այն լայնորեն օգտագործվում է եռակցման աշխատանքներում, որտեղ եռակցման թրջելիությունը բարելավելու համար անհրաժեշտ է ավելի բարձր ջերմային մուտք։ Հելիումը նաև օգտակար է արագացման համար։

Հելիումը սովորաբար պաշտպանիչ գազային խառնուրդում խառնվում է արգոնի հետ տարբեր քանակությամբ՝ երկու գազերի լավ հատկություններից լիարժեք օգտվելու համար: Օրինակ՝ հելիումը գործում է որպես պաշտպանիչ գազ՝ եռակցման ընթացքում ավելի լայն և մակերեսային ներթափանցման եղանակներ ապահովելու համար: Սակայն հելիումը չի ապահովում այն ​​մաքրումը, որը կատարում է արգոնը:

Արդյունքում, մետաղագործները հաճախ իրենց աշխատանքային գործընթացի մի մասն են համարում արգոնի և հելիումի խառնուրդը: Գազային պաշտպանությամբ մետաղական աղեղային եռակցման համար հելիումը կարող է կազմել հելիում/արգոն խառնուրդի գազային խառնուրդի 25%-ից մինչև 75%-ը: Պաշտպանիչ գազային խառնուրդի կազմը կարգավորելով՝ եռակցողը կարող է ազդել եռակցման ջերմության բաշխման վրա, որն էլ իր հերթին ազդում է եռակցման մետաղի լայնական հատույթի ձևի և եռակցման արագության վրա:

Էլեկտրոնային կիսահաղորդչային արդյունաբերություն

Որպես իներտ գազ, հելիումը այնքան կայուն է, որ գրեթե չի արձագանքում որևէ այլ տարրի հետ: Այս հատկությունը թույլ է տալիս այն օգտագործել որպես վահան աղեղային եռակցման ժամանակ (օդի թթվածնի աղտոտումը կանխելու համար): Հելիումն ունի նաև այլ կարևոր կիրառություններ, ինչպիսիք են կիսահաղորդիչների և օպտիկական մանրաթելերի արտադրությունը: Բացի այդ, այն կարող է փոխարինել ազոտին խորը սուզման ժամանակ՝ կանխելով արյան մեջ ազոտի պղպջակների առաջացումը, այդպիսով կանխելով սուզման հիվանդությունը:

Հելիումի համաշխարհային վաճառքի ծավալը (2016-2027)

Հելիումի համաշխարհային շուկան 2020 թվականին հասել է 1825.37 միլիոն ԱՄՆ դոլարի և կանխատեսվում է, որ 2027 թվականին այն կհասնի 2742.04 միլիոն ԱՄՆ դոլարի՝ 5.65% (2021-2027) բարդ տարեկան աճի տեմպով (CAGR): Առաջիկա տարիներին արդյունաբերությունը մեծ անորոշություն ունի: Այս հոդվածում 2021-2027 թվականների կանխատեսվող տվյալները հիմնված են վերջին մի քանի տարիների պատմական զարգացման, ոլորտի փորձագետների կարծիքների և այս հոդվածում ներկայացված վերլուծաբանների կարծիքների վրա:

Հելիումի արդյունաբերությունը խիստ կենտրոնացված է, ստացվում է բնական պաշարներից և ունի սահմանափակ համաշխարհային արտադրողներ, հիմնականում՝ Միացյալ Նահանգներում, Ռուսաստանում, Կատարում և Ալժիրում: Աշխարհում սպառողական ոլորտը կենտրոնացած է Միացյալ Նահանգներում, Չինաստանում, Եվրոպայում և այլն: Միացյալ Նահանգներն ունի երկար պատմություն և անսասան դիրք ոլորտում:

Շատ ընկերություններ ունեն մի քանի գործարաններ, բայց դրանք սովորաբար մոտ չեն գտնվում իրենց թիրախային սպառողական շուկաներին։ Հետևաբար, արտադրանքն ունի բարձր տրանսպորտային ծախսեր։

Առաջին հինգ տարիներից ի վեր արտադրությունը շատ դանդաղ է աճել: Հելիումը չվերականգնվող էներգիայի աղբյուր է, և արտադրող երկրներում քաղաքականություն է իրականացվում դրա շարունակական օգտագործումն ապահովելու համար: Ոմանք կանխատեսում են, որ հելիումը ապագայում կսպառվի:

Արդյունաբերությունն ունի ներմուծման և արտահանման մեծ մասնաբաժին։ Գրեթե բոլոր երկրներն օգտագործում են հելիում, բայց միայն մի քանիսն ունեն հելիումի պաշարներ։

Հելիումն ունի լայն կիրառություն և հասանելի կլինի ավելի ու ավելի շատ ոլորտներում: Հաշվի առնելով բնական պաշարների սակավությունը, հելիումի պահանջարկը, հավանաբար, ապագայում կաճի, ինչը կպահանջի համապատասխան այլընտրանքներ: Հելիումի գները, կանխատեսումների համաձայն, կշարունակեն աճել 2021-ից 2026 թվականներին՝ 13.53 դոլար/մ3-ից (2020թ.) մինչև 19.09 դոլար/մ3 (2027թ.):

Արդյունաբերությունը տուժում է տնտեսագիտությունից և քաղաքականությունից։ Համաշխարհային տնտեսության վերականգնմանը զուգընթաց, ավելի ու ավելի շատ մարդիկ մտահոգված են շրջակա միջավայրի չափանիշների բարելավմամբ, հատկապես թերզարգացած շրջաններում, որոնք ունեն մեծ բնակչություն և արագ տնտեսական աճ, հելիումի պահանջարկը կաճի։

Ներկայումս խոշոր համաշխարհային արտադրողների թվում են Rasgas-ը, Linde Group-ը, Air Chemical-ը, ExxonMobil-ը, Air Liquide-ը (Dz) և Gazprom-ը (Ru) և այլն: 2020 թվականին առաջատար 6 արտադրողների վաճառքի մասնաբաժինը կգերազանցի 74%-ը: Ակնկալվում է, որ ոլորտում մրցակցությունը առաջիկա մի քանի տարիների ընթացքում ավելի կսրվի:

HL կրիոգեն սարքավորումներ

Հեղուկ հելիումի պաշարների սակավության և գնի աճի պատճառով կարևոր է նվազեցնել հեղուկ հելիումի կորուստը և վերականգնումը դրա օգտագործման և տեղափոխման գործընթացում։

HL Cryogenic Equipment-ը, որը հիմնադրվել է 1992 թվականին, HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd-ի հետ կապված ապրանքանիշ է: HL Cryogenic Equipment-ը նվիրված է բարձր վակուումային մեկուսացված կրիոգեն խողովակաշարային համակարգի և դրան առնչվող օժանդակ սարքավորումների նախագծմանն ու արտադրությանը՝ հաճախորդների բազմազան կարիքները բավարարելու համար: Վակուումային մեկուսացված խողովակը և ճկուն խողովակը պատրաստված են բարձր վակուումային և բազմաշերտ, բազմաշերտ հատուկ մեկուսացված նյութերից և անցնում են մի շարք չափազանց խիստ տեխնիկական մշակումների և բարձր վակուումային մշակման, որն օգտագործվում է հեղուկ թթվածնի, հեղուկ ազոտի, հեղուկ արգոնի, հեղուկ ջրածնի, հեղուկ հելիումի, հեղուկացված էթիլենային գազի (LEG) և հեղուկացված բնական գազի (LNG) փոխադրման համար:

HL Cryogenic Equipment Company-ի վակուումային պատյանով խողովակների, վակուումային պատյանով գուլպաների, վակուումային պատյանով փականի և փուլային բաժանիչի արտադրանքի շարքը, որը անցել է մի շարք խիստ տեխնիկական մշակումների, օգտագործվում է հեղուկ թթվածնի, հեղուկ ազոտի, հեղուկ արգոնի, հեղուկ ջրածնի, հեղուկ հելիումի, LEG և LNG փոխադրման համար, և այս արտադրանքը սպասարկվում է կրիոգեն սարքավորումների համար (օրինակ՝ կրիոգեն բաքեր, դյուարներ և սառը տարաներ և այլն) օդի բաժանման, գազերի, ավիացիայի, էլեկտրոնիկայի, գերհաղորդիչների, չիպերի, ավտոմատացման հավաքման, սննդի և խմիչքի, դեղատան, հիվանդանոցի, կենսաբանկի, ռետինի, նոր նյութերի արտադրության, քիմիական ճարտարագիտության, երկաթի և պողպատի, գիտական ​​հետազոտությունների և այլն ոլորտներում:

HL Cryogenic Equipment Company-ն դարձել է Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani և Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) և այլ ընկերությունների որակավորված մատակարար/վաճառող։