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ヘリウムは実際には希ガスです。 1868 年 8 月 18 日の皆既日食中にフランスの天文学者ジュール ヤンセンによって発見されました。当時、この元素は地球上で発見されていなかったため、ジャンソンは太陽 (ヘリオス) にちなんでヘリウムと名付けました。 それ以来、科学者たちは、医学や天体物理学などの分野で使用される最新の分析ツールから、私たちが毎日使用する携帯電話に至るまで、ヘリウムに関して多くの重要な進歩を遂げてきましたが、そのすべてが製造プロセスでヘリウムに依存しています。 ヘリウムの独特の物理的特性は、世界中の科学者が多くの重要な発見をするのにも役立ち、国際社会に大きな利益をもたらしてきました。

ヘリウムの役割

ヘリウムは数多くの驚くべき特性 (低密度、高熱伝導率など) により、世界の製造業で最も好まれているガスの 1 つとなっており、米国はヘリウムを国家安全保障物質のリストに加えています。 ここでは、ヘリウムのあまり知られていない 5 つの用途を紹介します。

1.MRI

ヘリウムは無色、無臭、不燃性です。 液化状態には絶対零度に近い地球上で最も低い温度（摂氏マイナス269度）が必要です。 ヘリウムは主に冷却機能のために使用され、医療スキャンで広く使用されています。 MRI では、磁場を生成するのはヘリウム液体に包まれた超電導磁石です。 最近の技術革新によりヘリウムの使用量を減らすことができましたが、それでも NMR 装置の動作にはヘリウムが不可欠です。

2. 光ファイバーと表示画面

エレクトロニクス産業もヘリウムの大きな市場です。 たとえば、このガスは光ファイバーの製造に使用できます。 フランスの液体ガス会社は、「具体的には、光ファイバー製造の最初のステップはガラスロッドの製造です。水素、酸素、ヘリウムは、その後の加熱と伸長に備えてガラスロッドの強度を強化するために使用されます。ヘリウム ヘリウムとアルゴン」と説明しています。また、加熱されて伸びた光ファイバーを急速に冷却することもできます。「ヘリウムは、フラット パネル ディスプレイなどの多くの電子デバイスの製造にも使用されます。

3. 半導体

エネルギー研究所はメモの中で「ヘリウムは他の成分と反応しにくい不活性ガスであり、半導体製造に最適な材料です。不活性ガスをシリコンウェーハに巻き付けることで予期せぬ反応を避けることができます。また、ヘリウムは他の成分と反応しにくい不活性ガスです。」と説明しています。ヘリウムは熱伝導率が高いため、効率的に熱を放散することができ、半導体製造プロセス中のシリコンウェーハの温度を下げ、半導体を小型化することができます。」

4. ロケットの打ち上げ

ヘリウムは宇宙の研究開発にとっても重要な物質です。 多くの材料の冷却や精密溶接用の冷媒として使用され、また航空機の飛行または着陸時の液体システムの気密装置としても使用されます。 NASA は毎年数億立方フィートのヘリウムを使用しています。 さらに、2023年にはヘリウム気球を使って天体望遠鏡を成層圏に送る計画も立てている。

5. 原子力の研究開発

ヘリウムは核融合の研究開発にも使われます。 フランスのローヌ河口県で建設中の熱核融合実験炉（ITER）プロジェクトでは、原子炉の冷却を確保するための冷却プラントが建設される。 フランスの液体ガス会社は、「密閉型原子炉に必要な電磁場を得るには、絶対零度に近い極低温で超電導磁性材料を使用する必要がある。5,400平方メートルのITER冷却プラントでは、ヘリウムプラントエリアは最大3000平方メートルを占めます。

ヘリウムは今日宇宙で 2 番目に豊富な元素ですが、そのほとんどは太陽などの星に集中しています。 もちろん、ヘリウムは地球上にも存在しますが、空気中のヘリウムの割合は非常に低く、空気含有量のわずか 5.2 ppm であることを誰もが知っておく必要があります。 また、非常に軽いので、隙あらば雰囲気を漂わせます。 できるだけ高く上昇し、最終的に大気圏から脱出します。 漏れ出たヘリウムを回収することは一般に困難です。 これがヘリウム不足の主な理由でもあります。

現在、ヘリウムを製造する主な方法は天然ガス産業によるものです。 ウランなどの放射性鉱物が豊富な天然ガスが地中に存在する場合、体積の約 7% のヘリウムが含まれることになります。 この天然ガスにヘリウムが含まれる理由は、主にウランなどの放射性元素がいわゆるアルファ粒子を放射するためです。 アルファ粒子は実際にはヘリウム原子核です。 周囲環境から電子を得る限り、安定したヘリウムガスとなります。 エンジニアは、極低温精製技術 (凝固点の違いによって物質を分離する) を使用して、天然ガスからヘリウムを分離できます。

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