Helíum er frumefni með efnatákninu He og sætistölu 2. Það er sjaldgæft lofttegund í andrúmsloftinu, litlaus, bragðlaus, óeitrað, ekki eldfim, aðeins lítillega leysanleg í vatni. Helíumþéttni í andrúmsloftinu er 5,24 x 10⁻⁴ miðað við rúmmálsprósentu. Það hefur lægstu suðu- og bræðslumark allra frumefna og er aðeins til sem lofttegund, nema við mjög kaldar aðstæður.

Helíum er aðallega flutt sem gaskennt eða fljótandi helíum og er notað í kjarnakljúfum, hálfleiðurum, leysigeislum, ljósaperum, ofurleiðni, mælitækjum, hálfleiðurum og ljósleiðurum, lághitatækni, segulómun og rannsóknarstofum.

Lághitastigs kuldauppspretta

Helíum er notað sem lágkælimiðill fyrir lágkælingartæki, svo sem segulómun (MRI), kjarnasegulómskoðun (NMR), ofurleiðandi skammtaeindahraðall, stóra hadrónahröðlunartækið, truflunarmæli (SQUID), rafeindasnúningsómskoðun (ESR) og ofurleiðandi segulorkugeymslu (SMES), MHD ofurleiðandi rafala, ofurleiðandi skynjara, orkuflutninga, segulmagnaðir flutningar, massagreini, ofurleiðandi segla, sterk segulsviðsskiljur, hringlaga ofurleiðandi segla fyrir kjarnasamruna og aðrar lágkælingarrannsóknir. Helíum kælir lágkæld ofurleiðandi efni og segla niður í næstum alkul, þar sem viðnám ofurleiðarans fellur skyndilega niður í núll. Mjög lágt viðnám ofurleiðara skapar öflugra segulsvið. Í tilviki segulómskoðunarbúnaðar sem notaður er á sjúkrahúsum framleiða sterkari segulsvið meiri smáatriði í röntgenmyndum.

Helíum er notað sem ofurkælimiðill vegna þess að helíum hefur lægstu bræðslu- og suðumarkin, storknar ekki við andrúmsloftsþrýsting og 0 K, og helíum er efnafræðilega óvirkt, sem gerir það nánast ómögulegt að hvarfast við önnur efni. Þar að auki verður helíum ofurfljótandi undir 2,2 Kelvin. Hingað til hefur þessi einstaka ofurhreyfanleiki ekki verið nýttur í neinum iðnaðarnotkun. Við hitastig undir 17 Kelvin er ekkert sem kemur í staðinn fyrir helíum sem kælimiðil í lágkæliuppsprettu.

Flug- og geimferðafræði

Helíum er einnig notað í loftbelgjum og loftskipum. Þar sem helíum er léttara en loft eru loftskip og loftbelgir fylltir með helíum. Helíum hefur þann kost að vera óeldfimt, þó að vetni sé meira uppdriftsríkt og sleppi lægra úr himnunni. Önnur aukanotkun er í eldflaugatækni, þar sem helíum er notað sem tapmiðill til að ryðja eldsneyti og oxunarefni úr geymslutönkum og þétta vetni og súrefni til að búa til eldflaugaeldsneyti. Það gæti einnig verið notað til að fjarlægja eldsneyti og oxunarefni úr stuðningsbúnaði á jörðu niðri fyrir geimferð og gæti forkælt fljótandi vetni í geimfarinu. Í Saturn V eldflauginni sem notuð var í Apollo verkefninu þurfti um 370.000 rúmmetra (13 milljónir rúmfet) af helíum til geimferðarinnar.

Lekagreining og greining á leiðslum

Önnur notkun helíums í iðnaði er lekagreining. Lekagreining er notuð til að greina leka í kerfum sem innihalda vökva og lofttegundir. Þar sem helíum dreifist þrisvar sinnum hraðar í gegnum föst efni en loft, er það notað sem sporgas til að greina leka í hálofttæmisbúnaði (eins og lágkælitönkum) og háþrýstihylkjum. Hluturinn er settur í hólf, sem síðan er tæmt og fylltur með helíum. Jafnvel við lekahraða allt niður í 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s), er hægt að greina helíum sem sleppur í gegnum lekann með næmu tæki (helíummassagreini). Mælingarferlið er venjulega sjálfvirkt og kallast helíumsamþættingarpróf. Önnur, einfaldari aðferð er að fylla viðkomandi hlut með helíum og leita handvirkt að lekum með handtæki.

Helíum er notað til lekagreiningar þar sem það er minnsta sameindin og einþátta sameind, þannig að helíum lekur auðveldlega. Helíumgas er fyllt í hlutinn við lekagreiningu og ef leki kemur upp getur helíummassagreinir greint staðsetningu lekans. Hægt er að nota helíum til að greina leka í eldflaugum, eldsneytistönkum, varmaskiptum, gasleiðslum, rafeindatækjum, SJÓNVARPSLÖPUM og öðrum framleiðsluhlutum. Lekagreining með helíum var fyrst notuð í Manhattan-verkefninu til að greina leka í úranauðgunarstöðvum. Hægt er að skipta út helíum fyrir vetni, köfnunarefni eða blöndu af vetni og köfnunarefni.

Suðu og málmvinnsla

Helíumgas er notað sem verndargas í bogasuðu og plasmabogasuðu vegna hærri jónunarorku þess en annarra atóma. Helíumgas í kringum suðuna kemur í veg fyrir að málmurinn oxist í bráðnu ástandi. Há jónunarorka helíums gerir kleift að plasmabogasuðu ólíkra málma sem notaðir eru í byggingariðnaði, skipasmíði og geimferðum, svo sem títan, sirkon, magnesíum og álblöndur. Þó að hægt sé að skipta út helíuminu í verndargasinu fyrir argon eða vetni, er ekki hægt að skipta út sumum efnum (eins og títan helíum) fyrir plasmabogasuðu. Vegna þess að helíum er eina gasið sem er öruggt við hátt hitastig.

Eitt af virkastu þróunarsviðunum er suðu á ryðfríu stáli. Helíum er óvirkt gas, sem þýðir að það gengst ekki undir nein efnahvörf þegar það kemst í snertingu við önnur efni. Þessi eiginleiki er sérstaklega mikilvægur í suðuvarnargasi.

Helíum leiðir einnig hita vel. Þess vegna er það almennt notað í suðu þar sem meiri hitainntak er krafist til að bæta rakaþol suðunnar. Helíum er einnig gagnlegt til að hraða suðu.

Helíum er venjulega blandað saman við argon í mismunandi magni í verndargasblöndunni til að nýta sér alla eiginleika beggja lofttegunda. Helíum virkar til dæmis sem verndargas og hjálpar til við að tryggja breiðari og grynnri ídráttarleiðir við suðu. En helíum veitir ekki þá hreinsun sem argon gerir.

Þess vegna íhuga málmframleiðendur oft að blanda argoni og helíum sem hluta af vinnuferli sínu. Fyrir gasvarinn málmsuðu getur helíum verið 25% til 75% af gasblöndunni í helíum/argon blöndunni. Með því að aðlaga samsetningu verndargasblöndunnar getur suðumaðurinn haft áhrif á varmadreifingu suðunnar, sem aftur hefur áhrif á lögun þversniðs suðumálmsins og suðuhraðann.

Rafræn hálfleiðaraiðnaður

Sem óvirkur gas er helíum svo stöðugt að það hvarfast varla við önnur frumefni. Þessi eiginleiki gerir það að verkum að það er notað sem skjöldur í bogasuðu (til að koma í veg fyrir mengun súrefnis í loftinu). Helíum hefur einnig önnur mikilvæg notkunarsvið, svo sem í framleiðslu á hálfleiðurum og ljósleiðurum. Að auki getur það komið í stað köfnunarefnis í djúpköfun til að koma í veg fyrir myndun köfnunarefnisbóla í blóðrásinni og þannig komið í veg fyrir köfunarveiki.

Heildarsölumagn á helíum (2016-2027)

Heimsmarkaðurinn fyrir helíum náði 1.825,37 milljónum Bandaríkjadala árið 2020 og er gert ráð fyrir að hann nái 2.742,04 milljónum Bandaríkjadala árið 2027, með samsettum árlegum vexti (CAGR) upp á 5,65% (2021-2027). Mikil óvissa ríkir í greininni á komandi árum. Spágögnin fyrir árin 2021-2027 í þessari grein eru byggð á sögulegri þróun síðustu ára, skoðunum sérfræðinga í greininni og skoðunum greinenda í þessari grein.

Helíumiðnaðurinn er mjög einbeittur, unninn úr náttúruauðlindum og hefur takmarkaða framleiðslu um allan heim, aðallega í Bandaríkjunum, Rússlandi, Katar og Alsír. Í heiminum er neytendamarkaðurinn einbeittur í Bandaríkjunum, Kína og Evrópu og svo framvegis. Bandaríkin eiga sér langa sögu og óhagganlega stöðu í greininni.

Mörg fyrirtæki eiga nokkrar verksmiðjur en þær eru yfirleitt ekki nálægt markhópi sínum. Þess vegna hefur flutningskostnaður vörunnar háan.

Frá fyrstu fimm árunum hefur framleiðslan aukist mjög hægt. Helíum er óendurnýjanleg orkugjafi og framleiðslulöndin hafa sett sér stefnu til að tryggja áframhaldandi notkun þess. Sumir spá því að helíum muni klárast í framtíðinni.

Iðnaðurinn hefur hátt hlutfall inn- og útflutnings. Næstum öll lönd nota helíum, en aðeins fá hafa helíumforða.

Helíum hefur fjölbreytt notkunarsvið og verður fáanlegt á fleiri og fleiri sviðum. Vegna skorts á náttúruauðlindum er líklegt að eftirspurn eftir helíum muni aukast í framtíðinni, sem krefst viðeigandi valkosta. Gert er ráð fyrir að helíumverð haldi áfram að hækka frá 2021 til 2026, úr $13,53 / m3 (2020) í $19,09 / m3 (2027).

Iðnaðurinn verður fyrir áhrifum af efnahagsmálum og stefnumótun. Þegar heimshagkerfið nær sér hafa fleiri og fleiri áhyggjur af því að bæta umhverfisstaðla, sérstaklega í vanþróuðum svæðum með stóra íbúa og hraðan efnahagsvöxt, og eftirspurn eftir helíum mun aukast.

Meðal helstu framleiðenda heims eru Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) og Gazprom (Ru) o.fl. Árið 2020 mun söluhlutdeild sex stærstu framleiðendanna fara yfir 74%. Gert er ráð fyrir að samkeppnin í greininni muni harðna á næstu árum.

HL Kryógenísk búnaður

Vegna skorts á fljótandi helíum og hækkandi verðs er mikilvægt að draga úr tapi og endurheimt fljótandi helíums við notkun og flutning.

HL Cryogenic Equipment, sem var stofnað árið 1992, er vörumerki tengt HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment hefur skuldbundið sig til að hanna og framleiða hálofttómeinangruð láglofttómarör og tengdan stuðningsbúnað til að mæta fjölbreyttum þörfum viðskiptavina. Lofttómeinangruðu rörin og sveigjanlegu slöngurnar eru smíðaðar úr hálofttómarúmi og fjöllaga, sérstöku einangrunarefni og fara í gegnum röð af mjög ströngum tæknilegum meðferðum og hálofttómarúmi, sem er notuð til að flytja fljótandi súrefni, fljótandi köfnunarefni, fljótandi argon, fljótandi vetni, fljótandi helíum, fljótandi etýlen gas LEG og fljótandi jarðgas LNG.

Vörulínan HL Cryogenic Equipment Company, þar á meðal lofttæmdar rör, lofttæmdar slöngur, lofttæmdar lokar og fasaskiljarar, hefur gengist undir mjög strangar tæknilegar meðferðir og er notuð til að flytja fljótandi súrefni, fljótandi köfnunarefni, fljótandi argon, fljótandi vetni, fljótandi helíum, LEG og LNG. Þessar vörur eru notaðar fyrir lághitabúnað (t.d. lághitatanka, dewar-tanka og kælibox o.s.frv.) í iðnaði eins og loftskiljun, lofttegundir, flug, rafeindatækni, ofurleiðara, flísar, sjálfvirkni samsetningar, matvæla- og drykkjarvöruiðnað, apótek, sjúkrahús, lífsbirgðaiðnað, gúmmí, framleiðslu nýrra efna, efnaverkfræði, járn og stál og vísindarannsóknir o.s.frv.

HL Cryogenic Equipment Company hefur orðið viðurkenndur birgir/söluaðili Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani og Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) o.fl.