Helium ist das chemische Element mit der Atomnummer 2 und ein Atomgewicht 4.002602, der durch das Symbol Er vertreten wird. Es ist ein farbloser, geruchloses, geschmackloses, nichttoxisches, träges, monatomic Benzin, das die edle Gasgruppe im Periodensystem anführt. Sein Kochen und Schmelzpunkte sind unter den Elementen am niedrigsten, und es besteht nur als ein Benzin außer in äußersten Bedingungen.

Helium ist das zweite leichteste Element und ist das zweite reichlichste Element im erkennbaren Weltall, an ungefähr 24 % der elementaren Gesamtmasse da seiend, die mehr als 12mal die Masse aller schwereren verbundenen Elemente ist. Sein Überfluss ist dieser Zahl an unserer eigenen Sonne und an Jupiter ähnlich. Das ist wegen der sehr hohen Bindungsenergie (pro Nukleon) Heliums 4 in Bezug auf die folgenden drei Elemente nach Helium. Dieses Helium 4 Bindungsenergie ist auch für seine Allgemeinheit als ein Produkt sowohl in der Kernfusion als auch im radioaktiven Zerfall verantwortlich. Der grösste Teil von Helium im Weltall ist Helium 4 und wird geglaubt, während des Urknalls gebildet worden zu sein. Etwas neues Helium wird zurzeit infolge der Kernfusion von Wasserstoff in Sternen geschaffen.

Helium wird für den griechischen Gott der Sonne, Helios genannt. Es wurde zuerst als eine unbekannte gelbe geisterhafte Linienunterschrift im Sonnenlicht während einer Sonneneklipse 1868 vom französischen Astronomen Jules Janssen entdeckt. Janssen wird das Ermitteln des Elements zusammen mit Norman Lockyer während der Sonneneklipse von 1868 gemeinsam zugeschrieben, und Lockyer war erst, um vorzuschlagen, dass die Linie wegen eines neuen Elements war, das er genannt hat. Die formelle Entdeckung des Elements wurde 1895 von zwei schwedischen Chemikern, Pro Teodor Cleve und Nils Abraham Langlet gemacht, der Helium gefunden hat, das vom Uran-Erz cleveite ausgeht. 1903 wurden große Reserven von Helium in Erdgas-Feldern in Teilen der Vereinigten Staaten gefunden, die bei weitem der größte Lieferant des Benzins heute sind.

Helium wird in der Kryogenik (sein größter einzelner Gebrauch verwendet, über ein Viertel der Produktion absorbierend), besonders im Abkühlen, Magnete mit der kommerziellen Hauptanwendung superzuführen, die in MRI Scannern ist. Der andere Industriegebrauch von Helium — als ein unter Druck setzen und Bereinigungsbenzin, als eine Schutzatmosphäre für die elektrische Schweißung und in Prozessen wie wachsende Kristalle, um Silikonoblaten zu machen — sind für Hälfte des erzeugten Benzins verantwortlich. Ein wohl bekannter, aber geringer Gebrauch ist als ein sich hebendes Benzin in Ballons und Luftschiffen. Als mit jedem Benzin mit der sich unterscheidenden Dichte von Luft, ein kleines Volumen von Helium einatmend, ändert provisorisch das Timbre und die Qualität der menschlichen Stimme. In der wissenschaftlichen Forschung, dem Verhalten der zwei flüssigen Phasen von Helium 4 (Helium I und Helium II), ist für Forscher wichtig, die Quant-Mechanik (insbesondere das Eigentum der Superflüssigkeit) und zu denjenigen studieren, die auf die Phänomene wie Supraleitfähigkeit schauen, die Temperaturen in der Nähe von der absoluten Null in der Sache erzeugen.

Auf der Erde ist es so — 0.00052 % durch das Volumen in der Atmosphäre relativ selten. Am meisten irdische Helium-Gegenwart wird heute durch den natürlichen radioaktiven Zerfall von schweren radioaktiven Elementen (Thorium und Uran) geschaffen, weil die durch solchen Zerfall ausgestrahlten Alphateilchen aus Helium 4 Kerne bestehen. Dieses radiogenic Helium wird mit Erdgas in Konzentrationen bis zu 7 % durch das Volumen gefangen, aus dem es gewerblich durch die genannte Bruchdestillation eines Prozesses der Trennung der niedrigen Temperatur herausgezogen wird.

Geschichte

Wissenschaftliche Entdeckungen

Die ersten Beweise von Helium wurden am 18. August 1868 als eine hellgelbe Linie mit einer Wellenlänge von 587.49 Nanometern im Spektrum des chromosphere der Sonne beobachtet. Die Linie wurde vom französischen Astronomen Jules Janssen während einer Gesamtsonneneklipse in Guntur, Indien entdeckt. Wie man am Anfang annahm, war diese Linie Natrium. Am 20. Oktober desselben Jahres hat englischer Astronom Norman Lockyer eine gelbe Linie im Sonnenspektrum beobachtet, das er den D Fraunhofer Linie genannt hat, weil es in der Nähe vom bekannten D und den D Linien von Natrium war. Er hat beschlossen, dass es durch ein Element an der auf der Erde unbekannten Sonne verursacht wurde. Lockyer und englischer Chemiker Edward Frankland haben das Element mit dem griechischen Wort für die Sonne,  (helios) genannt.

1882 hat italienischer Physiker Luigi Palmieri Helium auf der Erde zum ersten Mal durch seine D geisterhafte Linie entdeckt, als er die Lava Gestells Vesuv analysiert hat.

Am 26. März 1895 hat schottischer Chemiker Herr William Ramsay Helium auf der Erde isoliert, indem er das Mineral cleveite (eine Vielfalt von uraninite mit mindestens 10 % seltenen Erdelementen) mit Mineralsäuren behandelt hat. Ramsay suchte nach Argon, aber, nach dem Trennen des Stickstoffs und Sauerstoffes vom durch Schwefelsäure befreiten Benzin, hat er eine hellgelbe Linie bemerkt, die die D im Spektrum der Sonne beobachtete Linie verglichen hat. Diese Proben wurden als Helium von Lockyer und britischem Physiker William Crookes identifiziert. Es wurde von cleveite in demselben Jahr von Chemikern Pro Teodor Cleve und Abraham Langlet in Uppsala, Schweden unabhängig isoliert, wer genug vom Benzin gesammelt hat, um sein Atomgewicht genau zu bestimmen. Helium wurde auch vom amerikanischen geochemist William Francis Hillebrand vor der Entdeckung von Ramsay isoliert, als er ungewöhnliche geisterhafte Linien bemerkt hat, während er eine Probe des Minerals uraninite geprüft hat. Hillebrand hat jedoch die Linien dem Stickstoff zugeschrieben. Sein Brief von Glückwünschen Ramsay bietet einen interessanten Fall der Entdeckung und nahen Entdeckung in der Wissenschaft an.

1907 haben Ernest Rutherford und Thomas Royds demonstriert, dass Alphateilchen Helium-Kerne sind, indem sie den Partikeln erlaubt wird, in die dünne Glaswand einer ausgeleerten Tube dann einzudringen, eine Entladung in der Tube schaffend, um die Spektren des neuen Benzins innen zu studieren. 1908 wurde Helium zuerst vom holländischen Physiker Heike Kamerlingh Onnes durch das Abkühlen vom Benzin zu weniger als einem kelvin verflüssigt. Er hat versucht, es durch das weitere Reduzieren der Temperatur zu konsolidieren, aber hat gescheitert, weil Helium keine dreifache Punkt-Temperatur hat, bei der der Festkörper, die Flüssigkeit und die Gasphasen am Gleichgewicht sind. Der Student von Onnes Willem Hendrik Keesom ist schließlich im Stande gewesen, 1 Cm Helium 1926 zu konsolidieren, indem er zusätzlichen Außendruck angewandt hat.

1938 hat russischer Physiker Pyotr Leonidovich Kapitsa entdeckt, dass Helium 4 fast keine Viskosität bei Temperaturen in der Nähe von der absoluten Null, ein Phänomen jetzt genannt Superflüssigkeit hat. Dieses Phänomen ist mit der Kondensation von Bose-Einstein verbunden. 1972 wurde dasselbe Phänomen in Helium 3, aber bei Temperaturen beobachtet, die an der absoluten Null, von amerikanischen Physikern Douglas D. Osheroff, David M. Lee und Robert C. Richardson viel näher sind. Wie man denkt, ist das Phänomen in Helium 3 mit der Paarung von Helium 3 fermions verbunden, um bosons in der Analogie zu Paaren von Cooper von Elektronen zu machen, die Supraleitfähigkeit erzeugen.

Förderung und Gebrauch

Nachdem eine Ölbohren-Operation 1903 im Rechtsseitigen, Kansas, einen Gasgeysir erzeugt hat, der nicht brennen würde, hat Geologe des Staates Kansas Erasmus Haworth Proben von flüchtendem Benzin gesammelt und hat sie zur Universität Kansas an Lawrence zurückgenommen, wo, mit der Hilfe von Chemikern Hamilton Cady und David McFarland, er entdeckt hat, dass das Benzin aus, durch das Volumen, den 72-%-Stickstoff, 15-%-Methan (ein brennbarer Prozentsatz nur mit genügend Sauerstoff), 1-%-Wasserstoff, und 12 % ein unidentifizierbares Benzin bestanden hat. Mit der weiteren Analyse haben Cady und McFarland entdeckt, dass 1.84 % der Gasprobe Helium waren. Das hat gezeigt, dass trotz seiner gesamten Seltenheit auf der Erde Helium in großen Mengen unter der amerikanischen Großen Prärie konzentriert, für die Förderung als ein Nebenprodukt von Erdgas verfügbar wurde. Die größten Reserven von Helium waren in Hugoton und nahe gelegenen Gasfeldern im südwestlichen Kansas und den Pfannenstielen Texas und Oklahomas.

Das hat den Vereinigten Staaten ermöglicht, der Hauptlieferant in der Welt von Helium zu werden. Im Anschluss an einen Vorschlag durch Herrn Richard Threlfall hat die USA-Marine drei kleine experimentelle Helium-Werke während des Ersten Weltkriegs gesponsert. Die Absicht war, Sperrballons mit dem nicht entzündbaren, als Luft leichteren Benzin zu liefern. Insgesamt 5,700 M (200,000 Kubikfüße) 92-%-Heliums wurden im Programm erzeugt, wenn auch weniger als ein Kubikmeter des Benzins vorher erhalten worden war. Etwas von diesem Benzin wurde im ersten Helium-gefüllten Luftschiff in der Welt, dem c-7 der amerikanischen Marine verwendet, der seine Jungfernfahrt von Hampton Straßen, Virginia, zum Feld von Bolling in Washington, D.C geflogen ist. am 1. Dezember 1921.

Obwohl der Förderungsprozess, mit der Gasverflüssigung der niedrigen Temperatur, rechtzeitig nicht entwickelt wurde, um während des Ersten Weltkriegs bedeutend zu sein, hat Produktion weitergegangen. Helium wurde in erster Linie als ein sich hebendes Benzin im als Luft leichteren Handwerk verwendet. Dieser Gebrauch hat Nachfrage während des Zweiten Weltkriegs, sowie Anforderungen nach der beschirmten elektrischen Schweißung vergrößert. Das Helium-Massenspektrometer war auch in der Atombombe Projekt von Manhattan lebenswichtig.

Die Regierung der Vereinigten Staaten hat die Nationale Helium-Reserve 1925 an Amarillo, Texas mit der Absicht aufgestellt, militärische Luftschiffe in der Zeit von kommerziellen und Kriegsluftschiffen in der Friedenszeit zu liefern. Wegen eines militärischen US-Embargos gegen Deutschland, das Helium-Bedarf eingeschränkt hat, wurde Hindenburg, wie alle deutschen Zeppeline, gezwungen, Wasserstoff als das Liftbenzin zu verwenden. Der Helium-Gebrauch im Anschluss an den Zweiten Weltkrieg wurde niedergedrückt, aber die Reserve wurde in den 1950er Jahren ausgebreitet, um eine Versorgung von flüssigem Helium als ein Kühlmittel zu sichern, um Rakete-Brennstoff des Sauerstoffes/Wasserstoffs (unter anderem Gebrauch) während der Raumrasse und des Kalten Kriegs zu schaffen. Der Helium-Gebrauch in den Vereinigten Staaten 1965 war mehr als achtmal der Maximalkriegsverbrauch.

Nach den "Helium-Gesetz-Zusatzartikeln von 1960" (Öffentlicher Recht 86-777) hat das amerikanische Büro von Gruben Vorkehrungen getroffen, dass fünf private Werke Helium von Erdgas wieder erlangt haben. Für dieses Helium-Bewahrungsprogramm hat das Büro eine Rohrleitung von Bushton, Kansas gebaut, um jene Werke mit dem teilweise entleerten Gasfeld von Cliffside der Regierung, in der Nähe von Amarillo, Texas zu verbinden. Diese Mischung des Helium-Stickstoffs wurde eingespritzt und im Gasfeld von Cliffside, bis erforderlich, versorgt, als es weiter dann gereinigt wurde.

Vor 1995 waren eine Milliarde Kubikmeter des Benzins gesammelt worden, und die Reserve war verschuldete US$ 1.4 Milliarden, den Kongress der Vereinigten Staaten 1996 auffordernd, die Reserve stufenweise einzustellen. Das resultierende "Helium-Privatisierungsgesetz von 1996" (Öffentlicher Recht 104-273) hat das USA-Innenministerium geleitet, um anzufangen, die Reserve vor 2005 zu entleeren.

Helium, das zwischen 1930 und 1945 erzeugt ist, war um ungefähr 98.3 % rein (2-%-Stickstoff), der für Luftschiffe entsprechend war. 1945 wurde ein kleiner Betrag von 99.9-%-Helium erzeugt, um Gebrauch zu schweißen. Vor 1949 waren kommerzielle Mengen des Ranges Ein 99.95-%-Helium verfügbar.

Viele Jahre lang haben die Vereinigten Staaten mehr als 90 % gewerblich verwendbares Helium in der Welt erzeugt, während Förderungswerke in Kanada, Polen, Russland und anderen Nationen den Rest erzeugt haben. Mitte der 1990er Jahre, ein neues Werk in Arzew, hat Algerien, 17 Millionen Kubikmeter (600 Millionen Kubikfüße) erzeugend, Operation mit genug Produktion begonnen, um die ganze Europas Nachfrage zu bedecken. Inzwischen, vor 2000, hatte sich der Verbrauch von Helium innerhalb der Vereinigten Staaten zu obengenannten 15 Millionen Kg pro Jahr erhoben. In 2004-2006 wurden zwei zusätzliche Werke, ein in Ras Laffan, Qatar und anderer in Skikda, Algerien, gebaut, aber bezüglich Anfangs 2007 fungiert Ras Laffan an 50 %, und Skikda muss noch aufspringen. Algerien ist schnell der zweite Haupterzeuger von Helium geworden. Im Laufe dieser Zeit haben sowohl Helium-Verbrauch als auch die Kosten, Helium zu erzeugen, zugenommen. In den verdoppelten Periode-Helium-Preisen des 2002 bis 2007.

Eigenschaften

Das Helium-Atom

Helium in der Quant-Mechanik

In der Perspektive der Quant-Mechanik ist Helium das zweite einfachste Atom, um im Anschluss an das Wasserstoffatom zu modellieren. Helium wird aus zwei Elektronen in atomarem orbitals Umgebung eines Kerns zusammengesetzt, der zwei Protone zusammen mit einigen Neutronen enthält. Als in der Newtonischen Mechanik kann kein System, das aus mehr als zwei Partikeln besteht, mit einer genauen analytischen mathematischen Annäherung gelöst werden (sieh 3-Körper-Problem), und Helium ist keine Ausnahme. So sind numerische mathematische Methoden erforderlich, um sogar das System eines Kerns und zwei Elektronen zu lösen. Solche rechenbetonten Chemie-Methoden sind verwendet worden, um ein Quant mechanisches Bild der Helium-Elektronschwergängigkeit zu schaffen, die zu innerhalb In solchen Modellen genau ist, wird es gefunden, dass jedes Elektron in Helium teilweise den Kern vor dem anderen schirmt, so dass die wirksame Kernanklage Z, den jedes Elektron sieht, ungefähr 1.69 Einheiten, nicht die 2 Anklagen eines klassischen "bloßen" Helium-Kerns ist.

Die zusammenhängende Stabilität des Heliums 4 Kern und Elektronschale

Der Kern des Heliums 4 Atom ist mit einem Alphateilchen identisch. Hohe Energieelektronzerstreuen-Experimente zeigen seine Anklage, um exponential von einem Maximum an einem Mittelpunkt genau abzunehmen, wie die Anklage-Dichte der eigenen Elektronwolke von Helium tut. Diese Symmetrie widerspiegelt ähnliche zu Grunde liegende Physik: Das Paar von Neutronen und das Paar von Protonen im Kern von Helium folgen demselben Quant mechanische Regeln, wie das Paar von Helium von Elektronen tun (obwohl die Kernpartikeln einem verschiedenen verbindlichen Kernpotenzial unterworfen sind), so dass alle diese fermions völlig 1s orbitals in Paaren, keinem von ihnen besetzen, winkeligen Augenhöhlenschwung und jedes Annullieren der inneren Drehung eines anderen besitzend. Das Hinzufügen von einer anderen von einigen dieser Partikeln würde winkeligen Schwung verlangen und würde wesentlich weniger Energie veröffentlichen (tatsächlich, kein Kern mit fünf Nukleonen ist stabil). Diese Einordnung ist so für alle diese Partikeln energisch äußerst stabil, und diese Stabilität ist für viele entscheidende Tatsachen bezüglich Heliums in der Natur verantwortlich.

Zum Beispiel sind die Stabilität und niedrige Energie des Elektronwolkenstaates in Helium für die chemische Trägheit des Elements und auch den Mangel an der Wechselwirkung von Helium-Atomen mit einander verantwortlich, das niedrigste Schmelzen und die Siedepunkte aller Elemente erzeugend.

Auf eine ähnliche Weise, die besondere energische Stabilität des Heliums ist 4 Kern, der durch ähnliche Effekten erzeugt ist, für die Bequemlichkeit von Helium 4 Produktion in Atomreaktionen verantwortlich, die mit sowohl Emission der schweren Partikel als auch Fusion verbunden sind. Etwas stabiles Helium 3 wird in Fusionsreaktionen von Wasserstoff erzeugt, aber es ist ein sehr kleiner Bruchteil, im Vergleich zum hoch günstigen Helium 4. Die Stabilität von Helium 4 ist der Grund Wasserstoff wird zu Helium 4 (nicht schwerer Wasserstoff oder Helium 3 oder schwerere Elemente) an der Sonne umgewandelt. Es ist auch für die Tatsache teilweise verantwortlich, dass das Alphateilchen bei weitem der allgemeinste Typ der baryonic aus Atomkernen zu vertreibenden Partikel ist; mit anderen Worten ist Alpha-Zerfall viel üblicher als Traube-Zerfall.

Die ungewöhnliche Stabilität des Heliums 4 Kern ist auch kosmologisch wichtig: Es erklärt die Tatsache, dass in den ersten paar Minuten nach dem Urknall als die "Suppe" von freien Protonen und Neutronen, die in ungefähr 6:1 zum Punkt abgekühltes Verhältnis am Anfang geschaffen worden waren, dass Kernschwergängigkeit fast möglich war, alle ersten zusammengesetzten Atomkerne, um sich zu formen, Helium 4 Kerne waren. So dicht war Helium 4 Schwergängigkeit, dass Helium 4 Produktion hat fast alle freien Neutronen in ein paar Minuten verbraucht, bevor sie Beta-Zerfall gekonnt haben, und auch wenige verlassend, um schwerere Atome wie Lithium, Beryllium oder Bor zu bilden. Helium 4 Kernschwergängigkeit pro Nukleon ist stärker als in einigen dieser Elemente (sieh nucleogenesis und Bindungsenergie), und so war kein energischer Laufwerk verfügbar, sobald Helium gebildet worden war, um Elemente 3, 4 und 5 zu machen. Es war für Helium kaum energisch günstig, um ins folgende Element mit einer niedrigeren Energie pro Nukleon, Kohlenstoff durchzubrennen. Jedoch, erwartet, von Zwischenelementen zu fehlen, verlangt dieser Prozess drei Helium-Kerne, die einander fast gleichzeitig schlagen (sieh dreifaches Alpha in einer Prozession gehen). Es gab so keine Zeit für bedeutenden Kohlenstoff, der in den wenigen Minuten nach dem Urknall zu bilden ist, bevor das frühe dehnbare Weltall zur Temperatur und dem Druck-Punkt kühl geworden ist, wo die Helium-Fusion zu Kohlenstoff nicht mehr möglich war. Das hat das frühe Weltall mit einem sehr ähnlichen Verhältnis von Wasserstoff/Helium verlassen, wie heute (3 Teil-Wasserstoff zu 1 Teil-Helium 4 durch die Masse) mit fast allen Neutronen im Weltall beobachtet wird, das in Helium 4 gefangen ist.

Alle schwereren Elemente (einschließlich derjenigen, die für felsige Planeten wie die Erde, und für das Kohlenstoff-basierte oder andere Leben notwendig sind), sind so seit dem Urknall in Sternen geschaffen worden, die heiß genug waren, um Helium selbst zu verschmelzen. Alle Elemente außer Wasserstoff und Helium sind heute für nur 2 % der Masse der Atomsache im Weltall verantwortlich. Helium 4 setzt im Vergleich ungefähr 23 % der gewöhnlichen Sache des Weltalls — fast die ganze gewöhnliche Sache zusammen, die nicht Wasserstoff ist.

Gas- und Plasmaphasen

Helium ist das am wenigsten reaktive edle Benzin nach Neon und so den zweiten am wenigsten reaktiven von allen Elementen; es ist träge und monatomic in allen Standardbedingungen. Wegen des relativ niedrigen Mahlzahns von Helium sind (atom)-Masse, sein Thermalleitvermögen, spezifische Hitze und gesunde Geschwindigkeit bei der Gasphase alle größer als jedes andere Benzin außer Wasserstoff. Aus ähnlichen Gründen, und auch wegen der kleinen Größe von Helium-Atomen ist die Verbreitungsrate von Helium durch Festkörper dreimal mehr als das von Luft und ungefähr 65 % mehr als das von Wasserstoff.

Helium ist das monatomic auflösbare am wenigsten Wasserbenzin und einer des am wenigsten Wasserauflösbaren von jedem Benzin (VGL, SF, und haben Sie VGL niedrigere Maulwurf-Bruchteil-Löslichkeit: 0.3802, 0.4394, und 0.2372 x/10, beziehungsweise, gegen die 0.70797 x/10 von Helium), und der Index von Helium der Brechung ist an der Einheit näher als dieses jedes anderen Benzins. Helium hat einen negativen Koeffizienten des Joules-Thomson an normalen Umgebungstemperaturen, bedeutend, dass es, wenn erlaubt, anheizt sich frei auszubreiten. Nur unter seiner Inversionstemperatur des Joules-Thomson (ungefähr 32 bis 50 K an 1 Atmosphäre) tut sie wird nach der freien Vergrößerung kühl. Einmal vorabgekühlt unter dieser Temperatur kann Helium durch das Vergrößerungsabkühlen verflüssigt werden.

Der grösste Teil außerirdischen Heliums wird in einem Plasmastaat mit von denjenigen von Atomhelium ziemlich verschiedenen Eigenschaften gefunden. In einem Plasma werden die Elektronen von Helium zu seinem Kern nicht gebunden, auf sehr hohes elektrisches Leitvermögen hinauslaufend, selbst wenn das Benzin nur teilweise ionisiert wird. Die beladenen Partikeln sind hoch unter Einfluss magnetischer und elektrischer Felder. Zum Beispiel, im Sonnenwind zusammen mit ionisiertem Wasserstoff, wirken die Partikeln mit dem Magnetosphere-Verursachen der Erde von Strömen von Birkeland und der Aurora aufeinander.

Feste und flüssige Phasen

Verschieden von jedem anderen Element wird Helium Flüssigkeit unten zur absoluten Null am normalen Druck bleiben. Das ist eine direkte Wirkung der Quant-Mechanik: Spezifisch ist die Nullpunkt-Energie des Systems zu hoch, um zu erlauben, zu frieren. Festes Helium verlangt eine Temperatur von 1-1.5 K (ungefähr 272 °C oder 457 °F) und ungefähr 25 Bar (2.5 MPa) des Drucks. Es ist häufig hart, fest von flüssigem Helium zu unterscheiden, da der Brechungsindex der zwei Phasen fast dasselbe ist. Der Festkörper hat einen scharfen Schmelzpunkt und hat eine kristallene Struktur, aber es ist hoch komprimierbar; die Verwendung des Drucks in einem Laboratorium kann sein Volumen um mehr als 30 % vermindern. Mit einem Hauptteil-Modul von ungefähr 27 MPa ist es ~100mal komprimierbarer als Wasser. Festes Helium hat eine Dichte 0.214 ± 0.006 g/cm an 1.15 K und 66 atm; die geplante Dichte an 0 K und 25 Bar (2.5 MPa) ist 0.187 ± 0.009 g/cm.

Helium setze ich fest

Unter seinem Siedepunkt von 4.22 kelvins und über dem Lambda-Punkt von 2.1768 kelvins besteht das Isotop-Helium 4 in einem normalen farblosen flüssigen staatlichen, genannten Helium I. Wie andere kälteerzeugende Flüssigkeiten, Helium I Eitergeschwüre, wenn es geheizt wird und sich zusammenzieht, wenn seine Temperatur gesenkt wird. Unter dem Lambda-Punkt, jedoch, kocht Helium nicht, und es breitet sich aus, weil die Temperatur weiter gesenkt wird.

Helium ich habe einen gasähnlichen Index der Brechung 1.026, der seine Oberfläche so hart macht, um zu sehen, dass Hin- und Herbewegungen des Styropors häufig verwendet werden, um zu zeigen, wo die Oberfläche ist. Diese farblose Flüssigkeit hat eine sehr niedrige Viskosität und eine Dichte von 0.145-0.125 g/mL (zwischen ungefähr 0 und 4 K, beziehungsweise), der nur ein Viertel der von der klassischen Physik erwartete Wert ist. Quant-Mechanik ist erforderlich, um dieses Eigentum zu erklären, und so werden beide Typen von flüssigem Helium Quant-Flüssigkeiten genannt, bedeutend, dass sie Atomeigenschaften auf einer makroskopischen Skala zeigen. Das kann eine Wirkung seines Siedepunkts sein, der so absoluter Null nah ist, zufällige molekulare Bewegung (Thermalenergie) davon verhindernd, die Atomeigenschaften zu maskieren.

Helium II Staat

Das flüssige Helium unter seinem Lambda-Punkt beginnt, sehr ungewöhnliche Eigenschaften, in einem Staat genannt Helium II auszustellen. Das Kochen von Helium II ist wegen seines hohen Thermalleitvermögens nicht möglich; Hitzeeingang verursacht stattdessen Eindampfung der Flüssigkeit direkt zu Benzin. Helium 3 hat auch eine superflüssige Phase, aber nur bei viel niedrigeren Temperaturen; infolgedessen ist weniger über solche Eigenschaften im Isotop bekannt.

Helium II ist eine Superflüssigkeit, ein Quant mechanischer Staat (sieh: makroskopische Quant-Phänomene) der Sache mit fremden Eigenschaften. Zum Beispiel, wenn es durch Haargefäße so dünn fließt wie 10 bis 10 M, hat es keine messbare Viskosität. Jedoch, als Maße zwischen zwei bewegenden Scheiben getan wurden, wurde eine mit diesem von gasartigem Helium vergleichbare Viskosität beobachtet. Aktuelle Theorie erklärt dieses Verwenden des Zwei-Flüssigkeiten-Modells für Helium II. In diesem Modell wird das flüssige Helium unter dem Lambda-Punkt als enthaltend ein Verhältnis von Helium-Atomen in einem Boden-Staat angesehen, die Superflüssigkeit sind und mit der genau Nullviskosität und einem Verhältnis von Helium-Atomen in einem aufgeregten Staat fließen, die sich mehr wie eine gewöhnliche Flüssigkeit benehmen.

In der Brunnen-Wirkung wird ein Raum gebaut, der mit einem Reservoir von Helium II durch eine sintered Scheibe verbunden wird, durch die superflüssiges Helium leicht leckt, aber durch den nichtsuperflüssiges Helium nicht gehen kann. Wenn das Interieur des Behälters, die superflüssigen Helium-Änderungen zu nichtsuperflüssigem Helium geheizt wird. Um den Gleichgewicht-Bruchteil von superflüssigem Helium aufrechtzuerhalten, leckt superflüssiges Helium durch und vergrößert den Druck, Flüssigkeit zum Brunnen aus dem Behälter verursachend.

Das Thermalleitvermögen von Helium II ist größer als diese jeder anderen bekannten Substanz, eine Million Male mehr als das von Helium I und mehrerer hundertmal mehr als das von Kupfer. Das ist, weil Hitzeleitung bei einem außergewöhnlichen Quant-Mechanismus vorkommt. Die meisten Materialien, die Hitze gut führen, haben ein Wertigkeitsband von freien Elektronen, die dienen, um die Hitze zu übertragen. Helium II hat kein solches Wertigkeitsband, aber führt dennoch Hitze gut. Der Fluss der Hitze wird durch Gleichungen geregelt, die der Wellengleichung ähnlich sind, die verwendet ist, um Schallausbreitung in Luft zu charakterisieren. Wenn Hitze eingeführt wird, bewegt sie sich an 20 Metern pro Sekunde an 1.8 K durch Helium II als Wellen in einem als der zweite Ton bekannten Phänomen.

Helium II auch Ausstellungsstücke eine kriechende Wirkung. Wenn sich eine Oberfläche vorbei am Niveau von Helium II ausstreckt, kommt das Helium II die Oberfläche gegen die Kraft des Ernstes voran. Helium II wird einem Behälter entfliehen, der durch das Kriechen entlang den Seiten nicht gesiegelt wird, bis es ein wärmeres Gebiet erreicht, wo es verdampft. Es bewegt sich in einem 30 nm-thick Film unabhängig vom Oberflächenmaterial. Dieser Film wird einen Film von Rollin genannt und wird nach dem Mann genannt, der zuerst diesen Charakterzug, Bernard V. Rollin charakterisiert hat. Infolge dieses kriechenden Verhaltens und Helium-II'S-Fähigkeit, schnell durch winzige Öffnungen zu lecken, ist es sehr schwierig, flüssiges Helium zu beschränken. Wenn der Behälter nicht sorgfältig gebaut wird, wird das Helium II entlang den Oberflächen und durch Klappen kriechen, bis es irgendwo wärmer reicht, wo es verdampfen wird. Wellen, die sich über einen Film von Rollin fortpflanzen, werden durch dieselbe Gleichung wie Ernst-Wellen in seichtem Wasser geregelt, aber aber nicht Ernst, die Wiederherstellungskraft ist die Kraft von van der Waals. Diese Wellen sind als der dritte Ton bekannt.

Isotope

Es gibt acht bekannte Isotope von Helium, aber nur Helium 3 und Helium 4 ist stabil. In der Atmosphäre der Erde gibt es ein Atom für jede Million Atome. Verschieden von den meisten Elementen ändert sich der isotopic Überfluss von Helium außerordentlich durch den Ursprung wegen der verschiedenen Bildungsprozesse. Das allgemeinste Isotop, Helium 4, wird auf der Erde durch den Alpha-Zerfall von schwereren radioaktiven Elementen erzeugt; die Alphateilchen, die erscheinen, sind völlig ionisiertes Helium 4 Kerne. Helium 4 ist ein ungewöhnlich stabiler Kern, weil seine Nukleonen in ganze Schalen eingeordnet werden. Es wurde auch in enormen Mengen während des Urknalls nucleosynthesis gebildet.

Helium 3 ist auf der Erde nur in Spur-Beträgen da; der grösste Teil davon seit der Bildung der Erde, obwohl einige Fälle zur Erde in kosmischem Staub Fallen gestellt haben. Spur-Beträge werden auch durch den Beta-Zerfall von Tritium erzeugt. Felsen von der Kruste der Erde haben Isotop-Verhältnisse, die sich durch so viel ändern wie ein Faktor zehn, und diese Verhältnisse können verwendet werden, um den Ursprung von Felsen und die Zusammensetzung des Mantels der Erde zu untersuchen. ist in Sternen als ein Produkt der Kernfusion viel reichlicher. So im interstellaren Medium ist das Verhältnis dazu ungefähr 100mal höher als auf der Erde. Material von Extraplanetary, solcher als Mond- und Asteroid regolith, hat Spur-Beträge von Helium 3 davon, durch Sonnenwinde bombardiert zu werden. Die Oberfläche des Monds enthält Helium 3 bei Konzentrationen auf der Ordnung von 0.01 ppm viel höher als der ca. 5 ppt in der Atmosphäre der Erde gefunden. Mehrere Leute, mit Gerald Kulcinski 1986 anfangend, haben vorgehabt, den Mond, meiniger Mondregolith zu erforschen und das Helium 3 für die Fusion zu verwenden.

Flüssiges Helium 4 kann zu ungefähr 1 kelvin abgekühlt werden, der evaporative verwendet, in einem 1-k Topf kühl werdend. Das ähnliche Abkühlen von Helium 3, der einen niedrigeren Siedepunkt hat, kann über in einem Helium 3 Kühlschrank erreichen. Gleiche Mischungen von Flüssigkeit und unter dem getrennten in zwei unvermischbare Phasen wegen ihrer Unähnlichkeit (folgen sie verschiedener Quant-Statistik: Helium 4 Atome sind bosons, während Helium 3 Atome fermions sind). Verdünnungskühlschränke verwenden diesen immiscibility, um Temperaturen von einigen millikelvins zu erreichen.

Es ist möglich, exotische Helium-Isotope zu erzeugen, die schnell in andere Substanzen verfallen. Das am kürzesten gelebte schwere Helium-Isotop ist Helium 5 mit einer Halbwertzeit dessen. Helium 6 Zerfall durch das Ausstrahlen einer Beta-Partikel und hat eine Halbwertzeit von 0.8 Sekunde. Helium 7 strahlt auch eine Beta-Partikel sowie einen Gammastrahl aus. Helium 7 und Helium 8 wird in bestimmten Kernreaktionen geschaffen. Wie man bekannt, stellt Helium 6 und Helium 8 einen Kernring aus. Helium 2 (zwei Protone, keine Neutronen) ist ein Radioisotop, das durch die Protonenemission in protium (Wasserstoff), mit einer Halbwertzeit dessen verfällt.

Zusammensetzungen

Helium hat eine Wertigkeit der Null und ist unter allen üblichen Zuständen chemisch unreaktiv. Es ist ein elektrischer Isolator, wenn nicht ionisiert. Als mit dem anderen edlen Benzin hat Helium metastable Energieniveaus, die ihm erlauben, ionisiert in einer elektrischen Entladung mit einer Stromspannung unter seinem Ionisationspotenzial zu bleiben. Helium kann nicht stabile Zusammensetzungen, bekannt als excimers, mit Wolfram, Jod, Fluor, Schwefel und Phosphor bilden, wenn es einer elektrischen Glühen-Entladung der Elektronbeschießung unterworfen wird, oder ein Plasma aus einem anderen Grund ist. Die molekularen Zusammensetzungen HeNe, HgHe, und WHe und die molekularen Ionen, und sind dieser Weg geschaffen worden. Diese Technik hat auch die Produktion des neutralen Moleküls Er erlaubt, der eine Vielzahl von Band-Systemen und HgHe hat, der anscheinend nur durch Polarisationskräfte zusammengehalten wird. Theoretisch können andere wahre Zusammensetzungen auch, wie Helium fluorohydride (HHeF) möglich sein, der HArF, entdeckt 2000 analog sein würde. Berechnungen zeigen, dass zwei neue Zusammensetzungen, die ein Band des Helium-Sauerstoffes enthalten, stabil sein konnten. Zwei neue molekulare Arten, vorausgesagte Verwenden-Theorie, CsFHeO und N (CH) FHeO, sind Ableitungen eines metastable [F-HeO] Anion hat zuerst 2005 durch eine Gruppe von Taiwan theoretisiert. Wenn bestätigt, durch das Experiment werden solche Zusammensetzungen die chemische Trägheit von Helium beenden, und das einzige restliche träge Element wird Neon sein.

Helium ist in die hohlen Kohlenstoff-Käfig-Moleküle (der fullerenes) durch die Heizung unter dem Hochdruck gestellt worden. Die endohedral fullerene gebildete Moleküle sind bis zu hohen Temperaturen stabil. Wenn chemische Ableitungen dieser fullerenes gebildet werden, bleibt das Helium innen. Wenn Helium 3 verwendet wird, kann es durch Helium Kernkernspinresonanz-Spektroskopie sogleich beobachtet werden. Viele fullerenes, die Helium 3 enthalten, sind berichtet worden. Obwohl die Helium-Atome durch covalent oder ionische Obligationen nicht beigefügt werden, haben diese Substanzen verschiedene Eigenschaften und eine bestimmte Zusammensetzung wie alle stochiometrischen chemischen Zusammensetzungen.

Ereignis und Produktion

Natürlicher Überfluss

Helium ist das zweite reichlichste Element im bekannten Weltall (nach Wasserstoff), 23 % seiner baryonic Masse einsetzend. Die große Mehrheit von Helium wurde durch den Urknall nucleosynthesis eine bis drei Minuten nach dem Urknall gebildet. Als solcher tragen Maße seines Überflusses zu kosmologischen Modellen bei. In Sternen wird es durch die Kernfusion von Wasserstoff in Protonenproton-Kettenreaktionen und dem CNO Zyklus, Teil von stellarem nucleosynthesis gebildet.

In der Atmosphäre der Erde ist die Konzentration von Helium durch das Volumen nur 5.2 Teile pro Million. Die Konzentration ist niedrig und trotz des Dauerbetriebs von neuem Helium ziemlich unveränderlich, weil der grösste Teil von Helium in der Atmosphäre der Erde in den Raum durch mehrere Prozesse flüchtet. Im heterosphere der Erde ist ein Teil der oberen Atmosphäre, des Heliums und des anderen leichteren Benzins die reichlichsten Elemente.

Der grösste Teil von Helium auf der Erde ist ein Ergebnis des radioaktiven Zerfalls. Helium wird in großen Beträgen in Mineralen von Uran und Thorium, einschließlich cleveite, pitchblende, carnotite und monazite gefunden, weil sie Alphateilchen ausstrahlen (Helium-Kerne, Er), zu dem sich Elektronen sofort verbinden, sobald die Partikel durch den Felsen angehalten wird. Auf diese Weise werden ungefähr 3000 Metertonnen Helium pro Jahr überall im lithosphere erzeugt. In der Kruste der Erde ist die Konzentration von Helium 8 Teile pro Milliarde. Im Meerwasser ist die Konzentration nur 4 Teile pro Trillion. Es gibt auch kleine Beträge in Mineralfrühlingen, vulkanischem Benzin und meteorischem Eisen. Weil Helium im Untergrund unter Bedingungen gefangen wird, die auch Erdgas fangen, werden die größten natürlichen Konzentrationen von Helium auf dem Planeten in Erdgas gefunden, aus dem der grösste Teil von kommerziellen Helium herausgezogen wird. Die Konzentration ändert sich in einer breiten Reihe von einigen ppm bis zu mehr als 7 % in einem kleinen Gasfeld in der Grafschaft von San Juan, New Mexico.

Moderne Förderung und Vertrieb

Für den groß angelegten Gebrauch wird Helium durch die Bruchdestillation aus Erdgas herausgezogen, das bis zu 7 % Helium enthält. Da Helium einen niedrigeren Siedepunkt hat, als jedes andere Element, niedriger Temperatur- und Hochdruck verwendet wird, um fast alles anderes Benzin (größtenteils Stickstoff und Methan) zu verflüssigen. Das resultierende grobe Helium-Benzin wird durch aufeinander folgende Aussetzungen von sinkenden Temperaturen gereinigt, in denen fast der ganze restliche Stickstoff und anderes Benzin aus der gasartigen Mischung hinabgestürzt wird. Aktivkohle wird als ein Endreinigungsschritt verwendet, gewöhnlich auf reines 99.995-%-Helium des Ranges-A hinauslaufend. Die Hauptunreinheit in Helium des Ranges-A ist Neon. In einem Endproduktionsschritt wird der grösste Teil des Heliums, das erzeugt wird, über einen kälteerzeugenden Prozess verflüssigt. Das ist für Anwendungen notwendig, die flüssiges Helium verlangen, und erlaubt auch Helium-Lieferanten, die Kosten des langen Entfernungstransports zu reduzieren, weil die größten flüssigen Helium-Behälter mehr als fünfmal die Kapazität der größten gasartigen Helium-Tube-Trailer haben.

2008, etwa 169 Millionen Standardkubikmeter (SCM) Helium wurden aus Erdgas herausgezogen oder von Helium-Reserven mit etwa 78 % von den Vereinigten Staaten, 10 % von Algerien, und dem grössten Teil des Rests von Russland, Polen und Qatar zurückgezogen. In den Vereinigten Staaten wird der grösste Teil von Helium aus Erdgas von Hugoton und nahe gelegenen Gasfeldern in Kansas, Oklahoma und Texas herausgezogen. Viel von diesem Benzin wurde einmal durch die Rohrleitung an die Nationale Helium-Reserve gesandt, aber seit 2005 wird diese Reserve jetzt entleert und ausverkauft.

Die Verbreitung von grobem Erdgas durch spezielle halbdurchlässige Membranen und andere Barrieren ist eine andere Methode, Helium wieder zu erlangen und zu reinigen. 1996 hatten die Vereinigten Staaten Helium-Reserven, in solchem Benzin gut Komplexe, ungefähr 147 Milliarden Standardkubikfüße (4.2 Milliarden SCM) bewiesen. An Raten des Gebrauches damals (72 Millionen SCM pro Jahr in den Vereinigten Staaten; sieh Kuchen-Karte unten) das ist genug Helium seit ungefähr 58 Jahren des amerikanischen Gebrauches, und weniger als das (vielleicht 80 % der Zeit) an Weltgebrauch-Raten, obwohl Faktoren im Sparen und der Verarbeitung des Einflusses wirksame Reservezahlen. Es wird geschätzt, dass die Quellenbasis für noch unbewiesenes Helium in Erdgas in den Vereinigten Staaten 31-53 Trillionen SCM, ungefähr 1000mal die bewiesenen Reserven ist.

Helium muss aus Erdgas herausgezogen werden, weil es in Luft an nur einem Bruchteil von diesem von Neon da ist, noch ist die Nachfrage danach viel höher. Es wird dass geschätzt, wenn die ganze Neonproduktion neu ausgerüstet wurde, um Helium zu sparen, dass 0.1 % der Helium-Anforderungen in der Welt zufrieden wären. Ähnlich konnte der nur 1 % der Helium-Anforderungen in der Welt durch die Umrüstung aller Luftdestillationswerke zufrieden sein. Helium kann durch die Beschießung von Lithium oder Bor mit Hoch-Geschwindigkeitsprotonen synthetisiert werden, aber wirtschaftlich ist das eine völlig nichtlebensfähige Methode der Produktion.

Helium ist entweder in der flüssigen oder in gasartigen Form gewerblich verfügbar. Als eine Flüssigkeit kann es in kleinen Behältern genannt Dewars geliefert werden, die bis zu 1,000 Liter Helium, oder in großen ISO Behältern halten, die nominelle Kapazitäten so groß haben wie 42 M (ungefähr 11,000 amerikanische Gallonen). In der gasartigen Form werden kleine Mengen von Helium in Zylindern des Hochdrucks geliefert, die bis zu 8 M halten (etwa 282 Standardkubikfüße), während große Mengen von Benzin des Hochdrucks in Tube-Trailern geliefert werden, die Kapazitäten von bis zu 4,860 M (etwa 172,000 Standardkubikfüße) haben.

Bewahrungsverfechter

Gemäß Helium-Naturschützern wie Robert Coleman Richardson hat der Preis des freien Markts von Helium "zu verschwenderischem" Gebrauch (z.B für Helium-Ballons) beigetragen. Preise sind in den 2000er Jahren durch die Entscheidung des amerikanischen Kongresses zum Ausverkauf die große Helium-Reserve des Landes vor 2015 gesenkt worden. Gemäß Richardson muss der Tagespreis mit 20 multipliziert werden, um das übermäßige Vergeuden von Helium zu beseitigen.

Anwendungen

Helium wird zu vielen Zwecken verwendet, die einige seiner einzigartigen Eigenschaften, wie sein niedriger Siedepunkt, niedrige Dichte, niedrige Löslichkeit, hohes Thermalleitvermögen oder Trägheit verlangen. Des 2008-Weltheliums Gesamtproduktion von ungefähr 32 Millionen Kg (193 Millionen Standardkubikmeter) Helium pro Jahr ist der größte Gebrauch (ungefähr 22 % der Summe 2008) in kälteerzeugenden Anwendungen, von dem der grösste Teil das Abkühlen der Superleiten-Magnete in medizinische MRI Scanner einschließt. Anderer Hauptgebrauch (sich zu ungefähr 78 % des Gebrauches 1996 belaufend), setzte unter Druck und reinigte Systeme, Wartung von kontrollierten Atmosphären und Schweißen. Anderer Gebrauch durch die Kategorie war relativ geringe Bruchteile.

Kontrollierte Atmosphären

Helium wird als ein Schutzbenzin im Wachsen von Silikon und Germanium-Kristallen, im Titan und der Zirkonium-Produktion, und in der Gaschromatographie verwendet, weil es träge ist. Wegen seiner Trägheit, thermisch und kalorisch vollkommener Natur, hoher Geschwindigkeit des Tons und hohen Werts des Hitzehöchstverhältnisses, ist es auch in Überschallwindkanälen und Impuls-Möglichkeiten nützlich.

Gaswolfram-Schweißung

Helium wird als ein Abschirmungsbenzin in Prozessen der elektrischen Schweißung auf Materialien verwendet, die bei Schweißtemperaturen verseucht und mit dem Flugzeug oder Stickstoff geschwächt werden. Mehreres träges shelding Benzin wird in der elektrischen Gaswolfram-Schweißung verwendet, aber Helium wird statt preiswerteren Argons besonders für Schweißmaterialien verwendet, die höheres Hitzeleitvermögen, wie Aluminium oder Kupfer haben.

Geringer Gebrauch

Industrieleckstelle-Entdeckung

Eine Industrieanwendung für Helium ist Leckstelle-Entdeckung. Weil sich Helium durch Festkörper dreimal schneller verbreitet als Luft, wird es als ein Leuchtspurgeschoss-Benzin verwendet, um Leckstellen in der Hochvakuum-Ausrüstung (wie kälteerzeugende Zisternen) und Hochdruckbehälter zu entdecken. Der geprüfte Gegenstand wird in einen Raum gelegt, der dann ausgeleert und mit Helium gefüllt wird. Das Helium, das durch die Leckstellen flüchtet, wird durch ein empfindliches Gerät (Helium-Massenspektrometer), sogar an den Leckstelle-Raten mindestens 10 mbar entdeckt · L/s (10 Papa · m/s). Das Maß-Verfahren ist normalerweise automatisch und wird Helium integrierten Test genannt. Ein einfacheres Verfahren soll den geprüften Gegenstand mit Helium füllen und nach Leckstellen mit einem tragbaren Gerät manuell zu suchen.

Helium-Leckstellen durch Spalten sollten mit der Gasdurchdringung durch ein Schüttgut nicht verwirrt sein. Während Helium Durchdringungskonstanten (so eine berechenbare Durchdringungsrate) durch die Brille, Keramik und Kunststoffe dokumentiert hat, wird träges Benzin wie Helium die meisten Hauptteil-Metalle nicht durchdringen.

Flug

Weil es leichter ist, als Luft, Luftschiffe und Ballons mit Helium für das Heben aufgeblasen werden. Während Wasserstoffbenzin etwa um 7 % mehr schwimmend ist, ist Helium im Vorteil, (zusätzlich dazu nicht entzündbar zu sein, Feuerverzögerungsmittel zu sein). Während Ballons vielleicht der wohl bekannteste Gebrauch von Helium sind, sind sie eine Nebenrolle des ganzen Helium-Gebrauches. Ein anderer geringer Gebrauch ist in der Raketentechnik, wo Helium als ein Schwund-Medium verwendet wird, um Brennstoff und Oxydationsmittel in Lagerungszisternen zu versetzen und Wasserstoff und Sauerstoff zu kondensieren, um Rakete-Brennstoff zu machen. Es wird auch verwendet, um Brennstoff und Oxydationsmittel von der Boden-Unterstützungsausrüstung vor dem Start zu reinigen und flüssigen Wasserstoff in Raumfahrzeugen vorabzukühlen. Zum Beispiel hat der Saturn V im Programm von Apollo verwendete Boosterrakete ungefähr 370,000 M (13 Millionen Kubikfüße) Heliums gebraucht, um loszufahren.

Geringer kommerzieller und Erholungsgebrauch

Für seine niedrige Löslichkeit im Nervengewebe werden Helium-Mischungen wie trimix, heliox und heliair für das tiefe Tauchen verwendet, um die Effekten der Narkose zu reduzieren. An Tiefen unter kleinen Beträgen von Wasserstoff werden zu einer Mischung des Helium-Sauerstoffes hinzugefügt, um die Effekten des Hochdrucks Nervensyndrom zu entgegnen. An diesen Tiefen, wie man findet, reduziert die niedrige Dichte von Helium die Anstrengung des Atmens beträchtlich.

Mit dem Heliumneonlaser, ein Typ des Niedrigenergiegaslasers, der einen roten Balken erzeugt, hatten verschiedene praktische Anwendungen, die Strichcodeleser und Laserzeigestöcke eingeschlossen haben, bevor sie fast durch preiswertere Diode-Laser allgemein ersetzt wurden.

Für seine Trägheit und hohes Thermalleitvermögen wird Neutrondurchsichtigkeit, und weil es radioaktive Isotope unter Reaktorbedingungen, Helium nicht bildet, als ein Wärmeübertragungsmedium in einigen gasabgekühlten Kernreaktoren verwendet.

Helium, das mit einem schwereren Benzin wie xenon gemischt ist, ist für die thermoacoustic Kühlung wegen des resultierenden hohen Hitzehöchstverhältnisses und der niedrigen Zahl von Prandtl nützlich. Die Trägheit von Helium ist im Vorteil gegenüber herkömmlichen Kühlungssystemen, die zu Ozon-Erschöpfung oder Erderwärmung beitragen.

Wissenschaftlicher Gebrauch

Der Gebrauch von Helium reduziert die Verzerren-Effekten von Temperaturschwankungen im Raum zwischen Linsen in einigen Fernrohren wegen seines äußerst niedrigen Index der Brechung. Diese Methode wird besonders in Sonnenfernrohren verwendet, wo eine dichte Vakuumfernrohr-Tube zu schwer sein würde.

Helium ist ein allgemein verwendetes Fremdgas für die Gaschromatographie.

Das Alter von Felsen und Mineralen, die Uran und Thorium enthalten, kann durch das Messen des Niveaus von Helium mit einem als Helium-Datierung bekannten Prozess geschätzt werden.

Das Helium bei niedrigen Temperaturen wird in der Kryogenik, und in bestimmten crygenics Anwendungen verwendet. Als Beispiele von Anwendungen wird flüssiges Helium verwendet, um bestimmte Metalle zu den äußerst niedrigen Temperaturen abzukühlen, die für die Supraleitfähigkeit, solcher als im Superleiten von Magneten für die Kernspinresonanz-Bildaufbereitung erforderlich sind. Der Große Hadron Collider an CERN verwendet 96 Metertonnen flüssiges Helium, um die Temperatur an 1.9 kelvin aufrechtzuerhalten.

Sicherheit

Das neutrale Helium an Standardbedingungen ist nichttoxisch, spielt keine biologische Rolle und wird in Spur-Beträgen im menschlichen Blut gefunden. Wenn genug Helium eingeatmet wird, dass für die normale Atmung erforderlicher Sauerstoff ersetzt wird, ist Asphyxie möglich. Die Sicherheitsprobleme für kälteerzeugendes Helium sind denjenigen des flüssigen Stickstoffs ähnlich; seine äußerst niedrigen Temperaturen können auf kalte Brandwunden hinauslaufen, und das Vergrößerungsverhältnis der Flüssigkeit zum Benzin kann Explosionen verursachen, wenn keine Geräte der Druck-Erleichterung installiert werden.

Behälter von Helium-Benzin an 5 bis 10 K sollten behandelt werden, als ob sie flüssiges Helium wegen der schnellen und bedeutenden Thermalvergrößerung enthalten, die vorkommt, wenn das Helium-Benzin an weniger als 10 K zur Raumtemperatur gewärmt wird.

Biologische Effekten

Die Geschwindigkeit des Tons in Helium ist fast dreimal die Geschwindigkeit des Tons in Luft. Weil die grundsätzliche Frequenz einer gasgefüllten Höhle zur Geschwindigkeit des Tons im Benzin proportional ist, wenn Helium eingeatmet wird, gibt es eine entsprechende Zunahme in den Würfen der Resonanzfrequenzen der stimmlichen Fläche. Das verursacht eine schilfige, einer Ente ähnliche stimmliche Qualität. (Die entgegengesetzte Wirkung, Frequenzen senkend, kann durch das Inhalieren eines dichten Benzins wie Schwefel hexafluoride oder xenon erhalten werden.)

Das Inhalieren von Helium, kann wenn getan, zum Übermaß gefährlich sein, da Helium ein einfacher erstickender Stoff ist und so für die normale Atmung erforderlichen Sauerstoff versetzt. Das Atmen reinen Heliums führt unaufhörlich Tod durch die Erstickung innerhalb von Minuten herbei. Das Inhalieren von Helium direkt von unter Druck gesetzten Zylindern ist äußerst gefährlich, weil der hohe Durchfluss auf barotrauma hinauslaufen kann, tödlich Lungengewebe brechend. Jedoch ist durch Helium herbeigeführter Tod mit nur zwei Schicksalsschlägen selten, die zwischen 2000 und 2004 in den Vereinigten Staaten berichtet sind. Jedoch gab es zwei Fälle 2010, ein in den USA im Januar und einen anderen in Nordirland im November.

Am Hochdruck (mehr als ungefähr 20 atm oder zwei MPa) kann eine Mischung von Helium und Sauerstoff (heliox) führen, um Nervensyndrom, eine Art rückbetäubende Wirkung unter Druck zu setzen; das Hinzufügen eines kleinen Betrags des Stickstoffs zur Mischung kann das Problem erleichtern.

Siehe auch

• Erdölursprung von Abiogenic
• Helium 3 Antrieb
• Wirkung von Leidenfrost
• Quant fester
• Superflüssigkeit
• Mit dem Leuchtspurgeschossgasleckstelle-Probemethode

Bibliografie

Links

Allgemeiner

• Amerikanisches' Regierungsbüro vom Landmanagement: Quellen, Verbesserung und Knappheit. Mit etwas Geschichte von Helium.
• Amerikanischer Geologischer Überblick Helium von Publicationson, das 1996 beginnt
• Es ist - Helium elementar
• Chemie in seinem Element podcast (MP3) von der Königlichen Gesellschaft der Chemie-Welt der Chemie: Helium

Mehr Detail

• Helium (Universität Nottinghams)
• Helium an der Helsinkier Universität der Technologie; schließt mit dem Drucktemperaturphase-Diagramme für Helium 3 und Helium 4 ein
• Universität von Lancaster, Extreme Niedrige Temperaturphysik - schließt eine Zusammenfassung von einigen niedrigen Temperaturtechniken ein

Verschiedener

• Die Physik in der Rede mit Audioproben, die die unveränderte Stimme demonstrieren, stellt auf
• Artikel über Helium und anderes edles Benzin