Helium: Thúc đẩy tương lai?

Helium có một sự thật kỳ lạ và rất thú vị gắn liền với nó: nó là nguyên tố duy nhất được phát hiện ra ngoài Trái đất trước khi nó được phát hiện trên hành tinh của chúng ta. Phuthinhgas xin giới thiệu cho các bạn một chủ đề vô cùng thú vị ngày hôm nay.

Là chất không cháy, heli được ưa thích hơn hydro vì là khí nâng trong bản thân nhẹ hơn không khí. Helium sở hữu 92% sức nâng của hydro, mặc dù nó có trọng lượng gấp đôi hydro. Heli lỏng sôi ở khoảng -268,93 độ C. (4,2 Kelvin) và sẽ không đóng băng ở điều kiện áp suất khí quyển. Heli rắn sẽ hình thành khi áp suất trên 20 lần khí quyển được cung cấp.

Heli lỏng, do nhiệt độ sôi cực thấp, có thể được sử dụng trong các hệ thống đông lạnh khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nitơ được yêu cầu. Cách để hạ nhiệt vật thể là ngâm chúng trong khí heli hoặc nitơ lỏng. Heli và nitơ lỏng thường được lưu trữ trong các bình cách nhiệt chân không (chúng ta thường gọi những bình này là ‘phích nước’), được gọi chính thức là ‘Dewars’, được đặt theo tên người phát minh ra chúng, Ngài James Dewar. Heli lỏng có lẽ là chất lỏng lạnh nhất tồn tại trong tự nhiên. Điều đó đang được nói, các chất không mong muốn nằm trong helium lỏng, hay còn gọi là "tạp chất", sẽ ở trạng thái đông đặc, rắn nên việc loại bỏ và thu được chất lỏng "sạch về mặt quang học" tương đối đơn giản.

Trong cộng đồng khoa học cryogenics, họ phân biệt các loại heli khác nhau. Sự khác biệt chính là giữa hai đồng vị tự nhiên, Helium 3 và Helium 4. Helium 4 chiếm hơn 99% Helium tự nhiên, do đó, đây là Helium mà chúng tôi đề cập đến khi chúng tôi không xác định đồng vị. Trên thực tế, Helium 3 (He3) là đồng vị hiếm hơn, và sôi ở nhiệt độ 3,2 Kelvin, thấp hơn một độ so với Helium 4. Cả hai đồng vị đều có thể được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ sôi của chúng bằng cách điều chỉnh áp suất, đạt đến điểm thấp hơn áp suất khí quyển. Heli lỏng, hoạt động giống như nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn nếu áp suất thấp hơn.

Không có câu hỏi đặt ra là liệu một phần tử có các thuộc tính duy nhất như vậy có thể có các ứng dụng hữu ích hay không. Cụ thể hơn, Helium hoàn toàn quan trọng đối với một loạt các hoạt động và ngành công nghiệp. Ví dụ, nó đang được sử dụng cho mục đích điều áp nhiên liệu tên lửa. Nó có thể làm sạch bầu khí quyển bán dẫn, hiệu chỉnh các thiết bị phân tích, làm phồng lốp máy bay và túi khí. Nó cũng có thể được sử dụng để kiểm tra rò rỉ trong hệ thống đường ống, thổi phồng những quả bóng bay lớn để nghiên cứu khí tượng và đừng quên sự lạm phát của những quả bóng bay nhỏ hơn cho các bữa tiệc dành cho trẻ em.

Cụ thể hơn, Helium đang được sử dụng để tạo áp suất và làm cứng cấu trúc của tên lửa trước khi phóng vì nó vẫn là khí ngay cả ở nhiệt độ thấp của hydro lỏng; tương tự, nó tạo áp suất cho các thùng nhiên liệu để ép nhiên liệu vào động cơ tên lửa. Bởi vì bể chứa quá lạnh, các chất lỏng khác sẽ đóng băng và làm tắc nghẽn hệ thống. Ngoài ra, trong khi các loại vật liệu khác có thể phản ứng xấu với oxy trong bể chứa dẫn đến nổ, Helium trơ và không cháy.

Ngoài ra, Helium là một giải pháp thay thế tuyệt vời để thay thế nitơ như một phần của bầu khí quyển tổng hợp được thở bởi các thợ lặn biển sâu, khí nhân tạo này đang được các bác sĩ sử dụng để làm dịu các bệnh nhân mắc các tình trạng hô hấp nghiêm trọng vì khí helium nhiều "chất lỏng" hơn nitơ và có thể chảy dễ dàng hơn qua các mặt nạ hô hấp bị co thắt.

Theo một báo cáo của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, gần 33% lượng Helium mà Hoa Kỳ sử dụng vào năm ngoái đã được chuyển sang chế tạo đông lạnh. Các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới hiện đang sử dụng Helium lỏng để làm mát các dụng cụ của họ yêu cầu nhiệt độ cực thấp. Ví dụ, các thiết bị đo từ trường để nghiên cứu tế bào não cần Helium lỏng, cũng như các nam châm mạnh nhất thế giới. Thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) cần Helium lỏng để làm mát các nam châm siêu dẫn tạo ra từ trường của chúng. Y học hiện đại cần MRI để chẩn đoán tất cả các loại bệnh, trong khi các nhà nghiên cứu sử dụng chúng cho các thí nghiệm trên tất cả các lĩnh vực. Các máy mới hơn sử dụng ít Helium hơn nhưng việc phát triển một nam châm không yêu cầu bất kỳ Helium nào sẽ mất nhiều năm hơn và có thể hoàn toàn không xảy ra, theo Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia.

Helium cũng rất quan trọng đối với việc sử dụng Internet vì một trong những phương pháp tạo ra chất bán dẫn cần Helium lỏng để làm mát nam châm trong quá trình sản xuất.

Nhìn chung, Helium dường như là một chủ đề vô cùng thú vị mang đến những cơ hội và tiềm năng đi lên đáng kinh ngạc. Sự thật là tiềm năng này đi kèm với những thách thức to lớn và chúng ta chỉ có thể đưa ra những dự đoán sâu về tương lai.