హీలియం: ఒక పరిచయం
హీలియం (He) అణు సంఖ్య 2 కలిగిన రసాయన మూలకం. హైడ్రోజన్ తర్వాత విశ్వంలో ఇది రెండవ అత్యంత తేలికైన మూలకం. నోబుల్ గ్యాస్ వలె, హీలియం జడత్వం కలిగినది, అంటే సాధారణ పరిస్థితులలో ఇది చర్యరహితంగా ఉంటుంది మరియు ఇది రంగులేనిది, వాసన లేనిది మరియు రుచిలేనిది. దీని అత్యంత తక్కువ మరిగే స్థానం వివిధ శాస్త్రీయ మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో దీనిని అమూల్యమైనదిగా చేస్తుంది.
హీలియం యొక్క సాధారణ అనువర్తనాలు
బెలూన్ల నింపడం
హీలియం యొక్క అత్యంత గుర్తించదగిన ఉపయోగాలలో ఒకటి బెలూన్లను నింపడం. గాలితో పోలిస్తే దీని తక్కువ సాంద్రత కారణంగా, హీలియం నింపిన బెలూన్లు తేలియాడుతాయి. ఈ లక్షణం అలంకారిక పార్టీ బెలూన్లకు, అలాగే శాస్త్రీయ వాతావరణ బెలూన్లకు ఉపయోగించబడుతుంది. భారతదేశంలో, భారత వాతావరణ శాఖ (IMD) క్రమం తప్పకుండా హీలియంతో నింపిన వాతావరణ బెలూన్లను ప్రయోగిస్తుంది, ఇవి ఉష్ణోగ్రత, తేమ మరియు వాతావరణ పీడనంపై డేటాను సేకరించడానికి పరికరాలను (రేడియోసాండ్లు) ఎగువ వాతావరణంలోకి తీసుకువెళ్తాయి, ఇది వాతావరణ సూచనలకు చాలా కీలకం.
MRI స్కానర్లలో క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ
హీలియం యొక్క అత్యంత తక్కువ మరిగే స్థానం (4.2 K లేదా -269 °C) దీనిని సూపర్ కండక్టింగ్ అయస్కాంతాలను చల్లబరచడానికి ఒక ముఖ్యమైన క్రయోజెన్గా చేస్తుంది. మాగ్నెటిక్ రెసోనెన్స్ ఇమేజింగ్ (MRI) స్కానర్లు, భారతదేశంలోని ఆసుపత్రులలో వైద్య నిర్ధారణల కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి, ఇటువంటి అయస్కాంతాలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ద్రవ హీలియం ఈ అయస్కాంతాలను సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితిలో ఉంచుతుంది, మానవ శరీరం యొక్క అధిక రిజల్యూషన్ ఇమేజింగ్ కోసం అవసరమైన శక్తివంతమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.
వెల్డింగ్ కోసం జడ రక్షణ వాయువు
వివిధ పారిశ్రామిక వెల్డింగ్ ప్రక్రియలలో, ముఖ్యంగా అల్యూమినియం మరియు మెగ్నీషియం వంటి రియాక్టివ్ లోహాల ఆర్క్ వెల్డింగ్లో, వెల్డ్ జాయింట్ ఆక్సీకరణ మరియు కాలుష్యాన్ని నిరోధించడానికి జడ వాతావరణం అవసరం. హీలియం, ఒక జడ వాయువు కాబట్టి, అద్భుతమైన రక్షణ వాయువుగా పనిచేస్తుంది. ఆర్గాన్తో పోలిస్తే దాని అధిక ఉష్ణ వాహకత వేగవంతమైన వెల్డింగ్ వేగం మరియు లోతైన చొచ్చుకుపోవడానికి కూడా అనుమతిస్తుంది, ఇది భారతదేశంలోని ఏరోస్పేస్ మరియు ఆటోమోటివ్ కాంపోనెంట్ ఉత్పత్తితో సహా తయారీ పరిశ్రమలకు ప్రయోజనం చేకూరుస్తుంది.
లీక్ డిటెక్షన్
హీలియం యొక్క చిన్న అణు పరిమాణం మరియు జడ స్వభావం దీనిని వాక్యూమ్ సిస్టమ్స్ మరియు అధిక పీడన కంటైనర్లలో లీక్లను గుర్తించడానికి ఆదర్శవంతమైనదిగా చేస్తుంది. ఒక భాగంలో లీక్ ఉన్నట్లు అనుమానించబడినప్పుడు, దానిని హీలియంతో పీడనం చేయవచ్చు మరియు హీలియం మాస్ స్పెక్ట్రోమీటర్ అప్పుడు లీక్ పాయింట్ల నుండి బయటపడే అతి తక్కువ మొత్తంలో హీలియంను గుర్తించగలదు. పైప్లైన్లు, రిఫ్రిజిరేషన్ సిస్టమ్స్ మరియు సెమీకండక్టర్ తయారీ పరికరాల సమగ్రతను నిర్ధారించడానికి ఈ పద్ధతి చాలా కీలకం.
క్రయోజెనిక్ పరిశోధన మరియు ప్రత్యేక అనువర్తనాలు
MRI కాకుండా, ద్రవ హీలియం వివిధ ఆధునిక క్రయోజెనిక్ పరిశోధన అనువర్తనాలలో అనివార్యం. భారతదేశంలోని పరిశోధనా సంస్థలలో సూపర్ కండక్టర్లు, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు ఇతర ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగాలను అధ్యయనం చేయడానికి అవసరమైన అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలను సాధించడానికి ఇది ఉపయోగించబడుతుంది. అంతేకాకుండా, ఆప్టికల్ ఫైబర్ల ఉత్పత్తి వంటి ప్రత్యేక పారిశ్రామిక ప్రక్రియలలో, శుభ్రమైన, జడ వాతావరణాన్ని నిర్వహించడానికి హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
భూమిపై సహజ లభ్యత
భూమి వాతావరణంలో హీలియం పెద్ద పరిమాణంలో సులభంగా లభించదు; ఇది ఘనపరిమాణంలో కేవలం 0.00052% మాత్రమే ఉంటుంది. హీలియం యొక్క ప్రాథమిక భూసంబంధమైన మూలం భూమి యొక్క క్రస్ట్ లోపల యురేనియం మరియు థోరియం వంటి భారీ మూలకాల యొక్క రేడియోధార్మిక క్షయం. ఈ క్షయం సమయంలో విడుదలయ్యే ఆల్ఫా కణాలు ముఖ్యంగా హీలియం కేంద్రకాలు, ఇవి తరువాత ఎలక్ట్రాన్లను సంగ్రహించి తటస్థ హీలియం అణువులను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ హీలియం తరచుగా భౌగోళిక కాలక్రమేణా సహజ వాయు నిక్షేపాలలో చిక్కుకుపోతుంది. యునైటెడ్ స్టేట్స్, ఖతార్, అల్జీరియా మరియు రష్యా వంటి దేశాలలో ప్రధాన హీలియం-రిచ్ సహజ వాయు క్షేత్రాలు కనుగొనబడ్డాయి. భారతదేశం యొక్క సహజ వాయు నిల్వలు సాధారణంగా చాలా తక్కువ హీలియం సాంద్రతలను కలిగి ఉంటాయి, దీనివల్ల దాని హీలియం అవసరాల కోసం ఎక్కువగా దిగుమతులపై ఆధారపడవలసి వస్తుంది.
పారిశ్రామిక వెలికితీత మరియు వినియోగం
హీలియం యొక్క పారిశ్రామిక వెలికితీత ప్రధానంగా సహజ వాయువు శుద్ధి ప్రక్రియలో ఒక ఉప-ఉత్పత్తిగా జరుగుతుంది. హీలియం-రిచ్ క్షేత్రాల నుండి వచ్చే సహజ వాయువును భిన్న స్వేదనం (fractional distillation) అనే ప్రక్రియకు గురి చేస్తారు. ఇందులో సహజ వాయువును అత్యంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలకు చల్లబరుస్తారు. ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతున్న కొద్దీ, మీథేన్, ప్రొపేన్ మరియు బ్యూటేన్ వంటి సహజ వాయువులోని వివిధ భాగాలు వాటి సంబంధిత మరిగే స్థానాల వద్ద ద్రవీకరించబడతాయి. అన్ని మూలకాలలో హీలియంకు అతి తక్కువ మరిగే స్థానం ఉన్నందున, ఇతర భాగాలు ద్రవీకరించబడినప్పుడు కూడా ఇది వాయువుగానే ఉంటుంది. ఈ వాయు హీలియం పారిశ్రామిక మరియు శాస్త్రీయ ఉపయోగం కోసం కావలసిన స్వచ్ఛత స్థాయిలను సాధించడానికి క్రయోజెనిక్ స్వేదనం యొక్క శ్రేణి దశల ద్వారా మరింత శుద్ధి చేయబడుతుంది. శుద్ధి చేయబడిన హీలియం అప్పుడు వాయువుగా కుదించబడుతుంది మరియు నిల్వ చేయబడుతుంది లేదా భారతదేశంలోని వైద్య, పరిశోధన మరియు తయారీ ప్రయోజనాల కోసం వివిధ రంగాలలో వినియోగదారులకు రవాణా మరియు పంపిణీ కోసం దాని ద్రవ స్థితికి మరింత చల్లబరచబడుతుంది.