İçerik
- Helyum Nedir?
- Helyum nereden geliyor?
- Neden Bazı Doğal Gazlarda Helyum?
- Helyumda Doğal Gaz Zenginliği Nerede?
- Helyumun Kullanımı
- Manyetik Rezonans Görüntüleme
- Kaldırma Gazı
- Temizleme gazı
- Kontrollü Atmosfer İmalatı
- Sızıntı tespiti
- Solunum Karışımları
- Kaynak Gazı
- Helyum: Yenilenemeyen Bir Kaynak
- Helyum Bağırsakları ve Helyum Yetersizliği
Helyum balonu: Çoğu insan, helyumun hava balonları, hava balonları ve parti balonları için kaldırma gazı olarak kullanıldığını duymuştur. Bunlar helyumun çok küçük kullanımlarıdır. Diğerlerinden daha fazla helyum tüketen kullanım, mıknatısları MRI (manyetik rezonans görüntüleme) makinelerinde tıbbi tesislerde soğutmaktır. Goodyear'ın fotoğrafı Derek Jensen tarafından çekilmiş.
Helyum Nedir?
Helyum kimyasal bir element ve renksiz, kokusuz, tatsız, inert bir gazdır. Herhangi bir elementin en küçük atom yarıçapına ve ikinci en düşük atomik ağırlığa sahiptir. Havadan daha hafiftir.
Pek çok insan helyumun balonlarda ve parti balonlarında bir kaldırma gazı olarak kullanıldığını bilir, ancak kullanıldığı başka bir şekilde ad veremez. Helyumun bir numaralı kullanımı, tıbbi tesislerde kullanılan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) makineleri için bir soğutma gazı olarak. Helyumun diğer önemli kullanımları arasında kaynak için koruyucu bir gaz, kontrollü atmosfer üretimi için inert bir gaz, sızıntı tespitinde kullanılan bir kaçak gaz ve basınçlı solunum karışımları için düşük viskoziteli bir gaz bulunur.
Helyum nereden geliyor?
Dünya atmosferinde çok az helyum bulunur. Dünya yerçekiminin onu tutamayacağı kadar hafif bir elementtir. Dünya yüzeyinde bulunduğunda, tanımlanmamış helyum gezegenden çıkana kadar hemen yükselmeye başlar. Bu yüzden parti balonları yükseliyor!
Ticari olarak üretilen helyum yerden elde edilir. Bazı doğal gaz sahalarında, ekonomik bir maliyetle elde edilebilecek gazla karışmış yeterli helyum vardır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki birkaç alanda hacimce% 7'den fazla helyum bulunur. Bu alanlarda doğal gaz için sondaj yapan firmalar doğal gazı üretir, işler ve helyumu bir yan ürün olarak temizler.
Helyum içeren doğal gaz birikintileri: Amerika Birleşik Devletleri'nde helyum içeren doğal gaz alanları için depozito modeli. Helyum, granitoyit bodrum kayaçlarında uranyum ve toryum çürümesi sonucu üretilir. Serbest bırakılan helyum yüzer haldedir ve bodrum faylarıyla ilişkili gözeneklilikte yüzeye doğru hareket eder. Helyum daha sonra, anhidrit veya tuz yataklarının altında doğal gaz ile tutulana kadar gözenekli tortul kaplama boyunca yukarı doğru hareket eder. Bunlar, küçük, yüzer helyum atomlarını yakalayabilen ve barındırabilen yanal olarak ısınan kaya türleridir. Bu jeolojik durum, dünyada sadece birkaç noktada meydana gelir ve zengin helyum birikimlerinin nadir olmasının nedeni budur.
İlgili: Helyumun Yeni Bir Kullanımı - Sabit Sürücüler
Neden Bazı Doğal Gazlarda Helyum?
Doğal gazdan çıkarılan helyumun çoğunun, Dünya kıtasal kabuğunun granitoyid kayaçlarında uranyum ve toryumun radyoaktif bozulmasından oluştuğu düşünülmektedir. Çok hafif bir gaz olarak, yüzdürücüdür ve oluştuğu anda yukarı doğru hareket etmeye çalışır. En zengin helyum birikimleri, üç koşulun olduğu yerlerde bulunur: 1) granitoyit temel kayaları uranyum ve toryum bakımından zengindir; 2) bodrum kayalar kırılmış ve helyum için kaçış yolları sağlamak için hatalı; ve 3) bodrum faylarının üzerindeki gözenekli tortul kayaçlar geçirimsiz bir halit veya anhidrit sızdırmazlığı ile kapatılmıştır. Bu koşulların üçünün de yerine getirilmesi durumunda, gözenekli tortul kaya tabakasında helyum birikir.
Helyum, herhangi bir elementin en küçük atom yarıçapına sahiptir, yaklaşık 0.2 nanometredir. Böylece, oluşup yukarı doğru hareket etmeye başladığında, kayaların içindeki çok küçük gözenek alanlarına sığabilir. Halit ve anhidrit, helyum atomlarının yukarı doğru göçünü engelleyebilen tek tortul kayaçlardır. Gözenek boşluklarını bol miktarda organik materyalle (kerojen) tıkayan şeyller, bazen daha az etkili bir bariyer görevi görür.
Helyum içeren doğal gaz birikintileri: Amerika Birleşik Devletleri'nde önemli helyum kaynakları olarak görev yapan doğal gaz alanlarını gösteren harita. Bu alanlardan üretilen doğal gaz,% 0.3 ile% 7 arasında helyum içerir. Helyum ticari satış için gazdan uzaklaştırılır. Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırması'ndan yer verilerini kullanarak görüntü.
Helyumda Doğal Gaz Zenginliği Nerede?
İşlenmemiş doğal gazın çoğu, en az eser miktarda helyum içerir. Çok az sayıda doğal gaz alanı, helyum geri kazanım işlemini doğrulamak için yeterli içerir. Doğal bir gaz kaynağı, potansiyel bir helyum kaynağı olarak kabul edilmesi için en az% 0,3 helyum içermelidir.
2010 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'nde helyum için işlenen doğal gazın tamamı, beraberindeki haritada gösterildiği gibi Colorado, Kansas, Oklahoma, Teksas, Utah ve Wyoming'deki alanlardan geldi. Oklahoma, Kansas ve Texas'taki Hugoton Sahası; Kansas'taki Panoma Alanı; Oklahoma'daki Anahtarlar Alanı; Teksas'taki Panhandle West ve Cliffside Fields ve Wyoming'deki Riley Ridge Field, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki helyum üretiminin çoğunu oluşturuyor.
2010 yılında ABD, 128 milyon metreküp helyum üretti. Bu miktardan, 53 milyon metreküp helyum doğal gazdan elde edildi ve 75 milyon metreküp Ulusal Helyum Rezervinden çekildi. Bilinen üretim miktarları olan diğer ülkeler: Cezayir (18 mcm), Katar (13 mcm), Rusya (6 mcm) ve Polonya (3 mcm). Kanada ve Çin, küçük ancak bildirilmemiş helyum üretti.
MRG makinelerinde helyum: Helyumun bir numaralı kullanımı, tıbbi tesislerde hastalık ve yaralanmayı teşhis etmek için kullanılan MRG (manyetik rezonans görüntüleme) makinelerinde mıknatısları soğutmaktır.
Helyum İçin Yeni Bir Kullanım: İlk helyum sızdırmaz sabit sürücü 2013 yılında üretildi. Helyum, sürücünün daha az enerji kullanmasını, daha az ısı üretmesini, daha az gürültü yapmasını, daha az yer kaplamasını, daha fazla veri tutmasını ve standart bir sabit sürücüden daha az titreşim üretmesini sağlar. Daha fazla bilgi edin.
Helyumun Kullanımı
Helyum, bazı kullanımlar için son derece uygun hale getiren bir takım özelliklere sahiptir. Bu kullanımların bazılarında, helyum kullanılacak en iyi gazdır ve bir kaçında helyum için yeterli bir alternatif yoktur. Kullanım için uygun kılan özellikler ile birlikte helyumun birkaç kullanımı aşağıda tarif edilmiştir.
Manyetik Rezonans Görüntüleme
Helyumun bir numaralı kullanımı, tıbbi tesislerde yaralanmaları değerlendirmek ve hastalıkları teşhis etmek için kullanılan manyetik rezonans görüntüleme makinelerindedir. Bu makineler süper iletken bir mıknatıs tarafından üretilen manyetik bir alan kullanır. Bu mıknatıslar muazzam miktarda ısı üretir. Sıvı helyum, bu mıknatısların sıcaklığını düzenlemek için tercih edilen soğutma maddesidir. Helyum herhangi bir gazın ikinci en düşük özgül ısısına ve herhangi bir elementin en düşük kaynama / erime noktasına sahip olduğundan, bu çok önemli kullanımda helyum için öngörülen hiçbir ikame yoktur.
Kaldırma Gazı
Helyum, herhangi bir elementin ikinci en düşük atom ağırlığına sahiptir. Sadece hidrojen daha düşük atom ağırlığına sahiptir. Havadan daha hafif bir gaz olarak, helyum hava gemileri ve balonlarda "kaldırma gazı" olarak kullanılmıştır. Zeplinler, zeplinler, zeplinler, uçaksavar balonları, hava balonları ve diğer hafif havadan zanaatlar, helyumu kaldırma gazı olarak kullandı. Hidrojenden çok daha güvenlidir, çünkü yanıcı değildir. Bu, II. Dünya Savaşı'nın sonuna kadar en önemli helyum kullanım kategorisiydi. Artık daha düşük miktarlarda helyum, kaldırma gazı olarak kullanılmaktadır.
Temizleme gazı: Helyum NASA ve Savunma Bakanlığı tarafından sıvı oksijen ve sıvı hidrojeni yakıt tanklarından ve roket motorlarının yakıt dağıtım sistemlerinden arındırmak için kullanılır. Helyum atıldır ve temizleme işlemi boyunca bir gaz olarak kalacak şekilde düşük bir donma sıcaklığına sahiptir. Bu sistemlere bir helyum akışı, acil durumlarda yangınları söndürmek için bile kullanılmıştır. NASA tarafından görüntü.
Helyum solunum karışımları: Helyum derin su dalışı için solunum gazı karışımlarını hazırlamak için kullanılır. Helyum atıldır ve basınç altında kolay nefes almayı sağlayan düşük bir viskoziteye sahiptir. NOAA tarafından görüntü.
Temizleme gazı
Helyum, herhangi bir gazın en düşük erime ve kaynama noktasına sahiptir. Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda erir ve kaynar. Çok düşük sıcaklıklarda bir gaz olarak kaldığından, yakıt tankları ve sıvı hidrojen ve sıvı oksijen gibi çok soğuk sıvılarla doldurulmuş yakıt dağıtım sistemleri için temizleme gazı olarak kullanılabilir. İnert olduğu ve düşük donma sıcaklığına sahip olduğu için, bu yakıtları donmadan güvenli bir şekilde değiştirebilir. NASA ve Savunma Bakanlığı tarafından roket tahrik sistemlerini temizlemek için büyük miktarda helyum kullanılıyor.
Kontrollü Atmosfer İmalatı
Helyum inert bir gazdır. Daha düşük reaktiviteye sahip olan tek gaz neon'tur. Bu düşük reaktivite, inert bir atmosfer gerektiğinde, helyumu üretim ve onarım işlemlerinde kullanmak için değerli bir gaz yapar. Helyum ayrıca, çok yüksek bir termal iletkenlik ile birlikte herhangi bir gazın en düşük ikinci yoğunluğuna sahiptir. Helyum gazının bu özellikleri onu birçok metalurjik işlem, kimyasal buharlarda mükemmel kristaller yetiştirmek, optik elyaflar ve diğer kullanımlar için tercih edilen bir atmosfer haline getirir.
Sızıntı tespiti
Helyum çok düşük bir viskoziteye, yüksek bir difüzyon katsayısına ve herhangi bir elementin en küçük atomuna sahiptir. Bu özellikler helyumu içermesi çok zorlaştırır. Bir sistemde sızıntı varsa, helyum kaçacaktır. Bu nedenle, helyum gazı, yüksek vakum sistemlerini, yakıt sistemlerini ve diğer sızıntı sızıntılarını test etmek için kullanılır.
Solunum Karışımları
Helyum ve diğer inert gazlar derin su dalışı ve tıbbi tedaviler için solunum karışımlarını hazırlamak için kullanılır. Helyum burada kullanılır çünkü etkisizdir, çok düşük bir viskoziteye sahiptir ve basınç altında solunması diğer gazlardan daha kolaydır.
Kaynak Gazı
Helyum kaynak yaparken koruyucu bir atmosfer olarak kullanılır. Bir inert gaz atmosferi, sıcak metalleri oksidasyondan ve yüksek sıcaklıklarda hızla oluşabilecek diğer reaksiyonlardan korur.
Helyumun Kullanım Alanları: 2011 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde çeşitli kullanımlar tarafından tüketilen helyumun nispi miktarları. USGS'den gelen verileri kullanarak grafik.
Helyum: Yenilenemeyen Bir Kaynak
Helyum, yalnızca olası olmayan durumlarda rastlantının meydana geldiği yerde bulunan bir gazdır. Her ne kadar Yer kabuğunda radyoaktif mineral bozunması ile sürekli üretilse de, doğal üretim ve birikim hızı o kadar yavaş ki yenilenemeyen bir kaynak olarak düşünülmelidir.
Helyum Bağırsakları ve Helyum Yetersizliği
1925'te Amerika Birleşik Devletleri, hava gemilerinde ve diğer savunma amaçlı kullanım için stratejik bir helyum kaynağı olarak hizmet etmek üzere Ulusal Helyum Rezervini kurdu. O sırada ülke tüketildiğinden çok daha fazla helyum üretiyordu. II. Dünya Savaşı'ndan sonra, kaldırma gazı olarak kullanılan helyum miktarı azaldı, ancak roket motorlarına yakıt ikmali yaparken ve nükleer silah tesislerinde bir soğutucu olarak helyum talebinde artış gazı ortaya çıktı. Yine de tüketilenden daha fazla helyum üretildi.
1995’te Kongre, Ulusal Helyum Rezervinin zorunlu olmadığına karar verdi ve 1996’daki Helyum Özelleştirme Yasası’nın bir parçası olarak helyumu satmak için bir program başlattı. Neredeyse yirmi yıldır Kongre helyumun serbest piyasaya muazzam bir indirimle satılmasına izin verdi. fiyatlar. Ulusal Helyum Rezervinden yapılan satışlar sayesinde dünyanın en fazla 1 / 2'sinin helyum talebi karşılanıyordu. Bazı yıllarda Amerika Birleşik Devletleri'nden diğer ülkelere, yurtdışında tüketilenden daha fazla helyum ihraç edildi. Hükümetten helyum satın alanlar fantastik bir anlaşma yaptılar ve serbest piyasadan helyum satın alanlar çok daha yüksek bir bedel ödedi.
Ulusal Helyum Rezervi stokunun piyasaya atılması, helyumun fiyatını o kadar düşürdü ki, argon ve daha az sınırlı bir tedariki olan diğer gazlar için ucuz bir alternatif olarak kullanılıyordu.
Ticari helyum üretimi ödüllendirilmediğinden veya çok fazla kullanılmadığından, Ulusal Helyum Rezervi satışlarının 2014 yılında bir açık artırma sistemi ile değiştirilmesinden dolayı pazar anlaşılamamıştır. İlk açık artırmada, iki teklif sahibi yıllık 93 milyon fit küp helyumun tamamını tahsis etti. önceki yıllar piyasa fiyatının iki katından fazla. Açık artırmadan sonra, aynı iki teklif sahibine 1 milyar fit küp daha satıldı.
İlk açık artırmadan bu yana, helyumun fiyatı artmaya devam etti, çünkü yeni helyum üretimi tüketimde yetersiz kalıyor. Fiyat artışı, yeni helyum işleme tesislerine yatırım yapılmasını tetikledi. Bununla birlikte, helyum yalnızca doğal gaz alanlarından tuz veya kaya gibi tuz veya anhidratla üretilebilir. Bunlar sadece dünyanın birkaç yerinde meydana gelir.
Mevcut yasaya göre, Ulusal Helyum Rezervi 2021 yılına kadar tükenecek. Umarım helyum geri kazanım tesislerine yapılan yatırım, bu önemli helyum kaynağı gittiğinde helyum tüketicilerinin ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli olacaktır.