sanaati

بیشترین مصرف فعلی هلیوم در سرمازایی است. کاربردهای اصلی سرمازایی که در این بخش مورد بحث هست شامل تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، فرآیند نیمه هادی، و تحقیقات بنیادی در مقیاس کوچک و بزرگی است که به دمای هلیوم نیاز دارند. متاسفانه اطلاعات ویژه ای در خصوص مقادیر استفاده شده توسط هر یک از این کاربردها در دسترس نیست. لازم به ذکر است که دسترسی بی خطر و ارزان بودن هلیوم باعث رهاسازی هیدروژن مایع به عنوان سردکننده شده است. در شرایط کمبود شدید، هیدروژن باید به عنوان مبرد، با رعایت نکات ایمنی مناسب، مورد استفاده قرارگیرد. پایین ترین دماها با هیدروژن قابل دستیابی است، حتی دمای 9 درجه کلوین، که نیاز به تغییر در فناوری سیم آهنربا به یک آلیاژ نیوبیوم قلع یا برخی دیگر از مواد با دمای بالا دارد.

کاربرد هلیوم در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی

کاربرد هلیوم در ام آر آی از دیگر کاربردهای آن است.استفاده اصلی هلیوم مایع در پزشکی برای تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) هست. هلیوم مایع به عنوان مبرد برای آهنرباهای ابررسانا که از اجزا مهم بسیاری از این دستگاه ها هستند، مورد نیاز هست. در دسترس بودن هلیوم با قیمت مناسب و ثبات در بازار هلیوم به رشد سریع MRI به عنوان یک ابزار تشخیصی کمک کرده است به آن اجازه داده است تا در ایالات متحده سهم قابل توجهی در مراقبت های سلامتی داشته باشد. حداقل یکی از دلایل فراوانی سیستم های MRI ابررسانا در ایالات سهولت دستیابی به هلیوم مایع و هزینه نسبتاً کم آن است. در این زمینه کاربردی جایگزینی برای هلیوم وجود ندارد. استفاده از سیم ابررسانا با دمای بالا، در حالی که توسط چندین تولید کننده تحت بررسی قرار گرفته است، به احتمال زیاد جایگزین مناسب و با دوامی  برای ابررساناهای معمولی در دستگاه های MRI نیست.

تحقیقات اساسی در مقیاس بزرگ که به دمای هلیوم نیاز دارند

اصطلاح “مقیاس بزرگ” در زمینه تحقیقات بنیادی مبتنی بر ابررسانا به سیستم هایی اطلاق می شود که از نظر فیزیکی بسیار بزرگ باشند (مثل شتاب دهنده هایی که حلقه های آن ها کیلومترها طول دارد). همه ی این سیستم ها در حال حاضر از ابررساناهایی استفاده می کنند که باید با هلیوم مایع خنک شوند. دستگاه های سرماساز مورد استفاده در تاسیسات شتاب دهنده باید قادر به تولید ده ها کیلووات سرما باشند که نیازمند ده ها مگاوات برق هستند. جامعه تحقیقاتی بنیادی در مقیاس بزرگ برای افزایش بهره وری در سیستم های خود اقداماتی را انجام می دهد .استفاده از سیستم های چرخه بسته امروزه امری رو به رشد است. به عنوان مثال، شتاب دهنده های جدید بسیار کارآمد هستند و بیشتر گازها در آن مورد استفاده مجدد قرار می گیرند و فقط مقادیر کمی از بین می روند.

تحقیقات اساسی درمقیاس کوچک که به دمای هلیوم نیاز دارد

تحقیقات مبتنی بر سرمازایی در سالهای اخیر طیف گسترده ای از تمرکز اصلی آن بر روی خواص هلیوم مایع و جامد و ابررساناهای فلزی تا استفاده از مواد و پدیده ها را در بر می گیرد. زمینه هایی که به شدت به استفاده از هلیوم نیازمند هستند عبارتند از: تحقیقات مواد ، مواد تراکم یافته و فیزیک مواد ، علم مواد ، شیمی و نجوم مشاهده ای و اخترفیزیک. استفاده از هلیوم برای تحقیقات اساسی در این زمینه کاملاً حیاتی است، که بسیاری از آن ها منابع بالقوه ای برای  فناوری های آینده هستند.

کاربرد هلیوم در تنظیم فشار و پاک سازی

هلیوم نقش اساسی را در تنظیم فشار و پاکسازی سیستم های پیشران موشکی اولیه ایفا می کند. تا زمانی که نیروی محرکه، ترکیبی از هیدروژن مایع و اکسیژن هست، این کار ادامه خواهد یافت. ابتدا گاز هلیوم برای فشار آوردن به مخازن پیشرانه برای موتورها استفاده می شود. در این حالت، فشار برای جلوگیری از پمپ شدن از حفره ایجاد می شود و این فشار باید به اندازه کافی تشکیل شود تا مخازن دچار فروریختگی در زیر بار های ساختاری سنگین نشوند. دوم، گاز هلیوم برای پاکسازی سیستم های تغذیه کننده پیشران برای موتورهای هیدروژنی مایع استفاده می شوند. هلیوم به این دلیل استفاده می شود که نقطه جوش نرمال آن از نقطه جوش نرمال هیدروژن پایین تر است. بنابراین، هلیوم تنها عنصری است که می تواند بدون به خطر انداختن یکپارچگی پیشران و عملکرد سیستم تغذیه مورد استفاده قرار گیرد.

کاربرد هلیوم در جوشکاری

یکی از وسیع ترین استفاده های هلیوم در جوشکاری است. در ادامه بحث به کاربرد هلیوم در جوشکاری قوسی می پردازیم. هلیوم گازی است که برای جوشکاری قوس فلزی به همراه گاز و جوشکاری قوسی با تنگستن تحت پوشش گاز مورد استفاده قرار می گیرد. هلیوم عمدتا به عنوان گاز محافظت کننده استفاده می شود، به طوری که از آلودگی جوی فلز مذاب و تثبیت قوس جلوگیری می کند. هم چنین گاز هلیوم در جوشکاری قوسی با تنگستن تحت پوشش گاز، از پخش شدن الکترود قرمز داغ تنگستن به جو جلوگیری می کند. خصوصیت های منحصر به فرد هلیوم در این کاربردها، پتانسیل یونیزاسیون زیاد و هدایت گرمایی بالا، همراه  با بی اثر بودن آن است. از مزایای استفاده از هلیوم، می توان به جوشکاری بیشتر در اتصالات ضخیم و در فلزات، هدایت بالای حرارت، سرعت بالای حرکت و جابه جایی و اجازه به بهره وری بیشتر داشتن اشاره کرد.

کاربرد هلیوم در لیزر

پردازش با لیزرهای کربن دی اکسیدی یک  فناوری در حال رشد در ایالات متحده است. مقدار هلیوم مورد استفاده در این بخش سالانه 20 درصد افزایش می یابد. در فرآیند لیزری هلیوم چندین عملکرد انجام می دهد. در درجه اول گاز محافظت کنند برای استخر مذاب در جوشکاری لیزر است، همچنین یکی از اجزای مهم گاز لیزینگ در تمام لیزرهای    CO2  است. همچنین از لیزرهای دی اکسید کربن برای برش، حفاری، روکش فلزی و عملیات حرارتی استفاده می شود، اگرچه جوشکاری تنها فرآیندی است که از هلیوم به عنوان گاز محافظ استفاده می کند.

منبع : مصارف رایج هلیوم چیست ؟