হিলিয়াম: একটি পরিচিতি
হিলিয়াম (He) হল পারমাণবিক সংখ্যা ২ বিশিষ্ট একটি রাসায়নিক মৌল। এটি হাইড্রোজেনের পরে মহাবিশ্বের দ্বিতীয় হালকা মৌল। একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস হিসেবে, হিলিয়াম নিষ্ক্রিয়, অর্থাৎ এটি স্বাভাবিক অবস্থায় অ-প্রতিক্রিয়াশীল এবং এটি বর্ণহীন, গন্ধহীন ও স্বাদহীন। এর অত্যন্ত কম স্ফুটনাঙ্ক এটিকে বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক ও শিল্প প্রয়োগে অমূল্য করে তোলে।
হিলিয়ামের সাধারণ ব্যবহার
বেলুন ফোলানো
হিলিয়ামের সবচেয়ে পরিচিত ব্যবহারগুলির মধ্যে একটি হল বেলুন ফোলানোর কাজে। বাতাসের তুলনায় এর ঘনত্ব কম হওয়ায়, হিলিয়াম ভরা বেলুন ভাসে। এই বৈশিষ্ট্যটি সাজসজ্জার জন্য ব্যবহৃত পার্টি বেলুন এবং বৈজ্ঞানিক আবহাওয়া বেলুন উভয়ের জন্যই কাজে লাগানো হয়। ভারতে, ইন্ডিয়া মেটিওরোলজিক্যাল ডিপার্টমেন্ট (IMD) নিয়মিতভাবে হিলিয়াম ভরা আবহাওয়া বেলুন উৎক্ষেপণ করে আবহাওয়ার পূর্বাভাস-এর জন্য গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রা, আর্দ্রতা এবং বায়ুমণ্ডলীয় চাপ সম্পর্কিত তথ্য সংগ্রহ করতে ঊর্ধ্ব বায়ুমণ্ডলে যন্ত্র (রেডিওসন্ড) বহন করে।
এমআরআই স্ক্যানারে ক্রায়োজেনিক শীতলীকরণ
হিলিয়ামের অত্যন্ত কম স্ফুটনাঙ্ক (৪.২ K বা -২৬৯ °C) এটিকে সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেট শীতল করার জন্য একটি অপরিহার্য ক্রায়োজেন করে তোলে। ভারতের হাসপাতালগুলিতে চিকিৎসা নির্ণয়ের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত ম্যাগনেটিক রেজোনেন্স ইমেজিং (MRI) স্ক্যানারগুলি এই ধরনের ম্যাগনেটের উপর নির্ভর করে। তরল হিলিয়াম এই ম্যাগনেটগুলিকে একটি সুপারকন্ডাক্টিং অবস্থায় রাখে, যা মানবদেহের উচ্চ-রেজোলিউশন ইমেজিংয়ের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে সক্ষম করে।
ওয়েল্ডিংয়ের জন্য নিষ্ক্রিয় শিল্ডিং গ্যাস
বিভিন্ন শিল্প ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ায়, বিশেষ করে অ্যালুমিনিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়ামের মতো প্রতিক্রিয়াশীল ধাতুর আর্ক ওয়েল্ডিংয়ে, ওয়েল্ড জয়েন্টের জারণ এবং দূষণ রোধ করতে একটি নিষ্ক্রিয় পরিবেশ প্রয়োজন। হিলিয়াম, একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাস হওয়ায়, একটি চমৎকার শিল্ডিং গ্যাস হিসাবে কাজ করে। আর্গনের তুলনায় এর উচ্চ তাপ পরিবাহিতা দ্রুত ওয়েল্ডিং গতি এবং গভীর অনুপ্রবেশের অনুমতি দেয়, যা ভারতের উৎপাদন শিল্পকে, যার মধ্যে মহাকাশ এবং স্বয়ংচালিত উপাদান উৎপাদন অন্তর্ভুক্ত, উপকৃত করে।
ফুটো সনাক্তকরণ
হিলিয়ামের ক্ষুদ্র পারমাণবিক আকার এবং নিষ্ক্রিয় প্রকৃতি এটিকে ভ্যাকুয়াম সিস্টেম এবং উচ্চ-চাপের পাত্রে ফুটো সনাক্তকরণের জন্য আদর্শ করে তোলে। যখন একটি উপাদানে ফুটো থাকার সন্দেহ করা হয়, তখন এটিকে হিলিয়াম দিয়ে চাপানো যেতে পারে, এবং একটি হিলিয়াম মাস স্পেকট্রোমিটার তখন ফুটো পয়েন্টগুলি থেকে বেরিয়ে আসা সামান্য পরিমাণে হিলিয়াম সনাক্ত করতে পারে। এই পদ্ধতিটি পাইপলাইন, রেফ্রিজারেশন সিস্টেম এবং সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদন সরঞ্জামের অখণ্ডতা নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
ক্রায়োজেনিক গবেষণা এবং বিশেষায়িত প্রয়োগ
এমআরআই ছাড়াও, তরল হিলিয়াম বিভিন্ন উন্নত ক্রায়োজেনিক গবেষণা প্রয়োগে অপরিহার্য। এটি ভারতের গবেষণা প্রতিষ্ঠানগুলিতে সুপারকন্ডাক্টর, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং অন্যান্য মৌলিক পদার্থবিদ্যা পরীক্ষা অধ্যয়নের জন্য প্রয়োজনীয় অতি-নিম্ন তাপমাত্রা অর্জনে ব্যবহৃত হয়। উপরন্তু, অপটিক্যাল ফাইবার উৎপাদনের মতো বিশেষায়িত শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে, একটি পরিষ্কার, নিষ্ক্রিয় পরিবেশ বজায় রাখতে হিলিয়াম ব্যবহৃত হয়।
পৃথিবীতে প্রাকৃতিক উপস্থিতি
পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে হিলিয়াম সহজে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায় না; এটি আয়তনের দিক থেকে মাত্র প্রায় ০.০০০৫২%। হিলিয়ামের প্রাথমিক স্থলজ উৎস হল পৃথিবীর ভূত্বকের মধ্যে ইউরেনিয়াম এবং থোরিয়ামের মতো ভারী মৌলগুলির তেজস্ক্রিয় ক্ষয়। এই ক্ষয়ের সময় নির্গত আলফা কণাগুলি মূলত হিলিয়াম নিউক্লিয়াস, যা পরবর্তীতে ইলেকট্রন ধারণ করে নিরপেক্ষ হিলিয়াম পরমাণু গঠন করে। এই হিলিয়াম প্রায়শই ভূতাত্ত্বিক সময়কালে প্রাকৃতিক গ্যাস সঞ্চয়ে আটকা পড়ে। প্রধান হিলিয়াম-সমৃদ্ধ প্রাকৃতিক গ্যাস ক্ষেত্রগুলি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, কাতার, আলজেরিয়া এবং রাশিয়ার মতো দেশগুলিতে পাওয়া যায়। ভারতের নিজস্ব প্রাকৃতিক গ্যাস সঞ্চয়ে সাধারণত খুব কম পরিমাণে হিলিয়াম থাকে, যার ফলে এটি তার হিলিয়ামের চাহিদার জন্য মূলত আমদানির উপর নির্ভরশীল।
শিল্প নিষ্কাশন এবং ব্যবহার
হিলিয়ামের শিল্প নিষ্কাশন মূলত প্রাকৃতিক গ্যাস প্রক্রিয়াকরণের একটি উপজাত হিসাবে ঘটে। হিলিয়াম-সমৃদ্ধ ক্ষেত্রগুলি থেকে প্রাপ্ত প্রাকৃতিক গ্যাসকে আংশিক পাতন (fractional distillation) নামক একটি প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে নিয়ে যাওয়া হয়। এতে প্রাকৃতিক গ্যাসকে অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় শীতল করা হয়। তাপমাত্রা কমার সাথে সাথে, প্রাকৃতিক গ্যাসের বিভিন্ন উপাদান, যেমন মিথেন, প্রোপেন এবং বিউটেন, তাদের নিজ নিজ স্ফুটনাঙ্কে তরল হয়ে যায়। যেহেতু হিলিয়ামের সমস্ত মৌলের মধ্যে সর্বনিম্ন স্ফুটনাঙ্ক রয়েছে, তাই অন্যান্য উপাদান তরল হয়ে গেলেও এটি গ্যাস হিসাবে থাকে। এই গ্যাসীয় হিলিয়ামকে তারপর শিল্প ও বৈজ্ঞানিক ব্যবহারের জন্য কাঙ্ক্ষিত বিশুদ্ধতার স্তর অর্জন করতে ক্রায়োজেনিক পাতনের একটি সিরিজের মাধ্যমে আরও বিশুদ্ধ করা হয়। বিশুদ্ধ হিলিয়ামকে তারপর সংকুচিত করে গ্যাস হিসাবে সংরক্ষণ করা হয় অথবা পরিবহন এবং ভারতের চিকিৎসা, গবেষণা এবং উৎপাদন উদ্দেশ্য সহ বিভিন্ন খাতের ব্যবহারকারীদের কাছে বিতরণের জন্য এর তরল অবস্থায় আরও শীতল করা হয়।