הליום הוא יסוד כימי עם הסמל He ומספר אטומי 2. זהו גז אטמוספרי נדיר, חסר צבע, חסר טעם, חסר טעם, לא רעיל, לא דליק, מסיס רק במעט במים. ריכוז ההליום באטמוספירה הוא 5.24 x 10-4 באחוז נפח. יש לו את נקודות הרתיחה וההיתוך הנמוכות ביותר מכל יסוד אחר, והוא קיים רק כגז, למעט בתנאים קרים ביותר.

הליום מועבר בעיקר כהליום גזי או נוזלי ומשמש בכורים גרעיניים, מוליכים למחצה, לייזרים, נורות, מוליכות-על, מכשור, מוליכים למחצה וסיבים אופטיים, קריוגניים, MRI ומחקר מעבדתי.

מקור הקור בטמפרטורה נמוכה

הליום משמש כנוזל קירור קריוגני עבור מקורות קירור קריוגניים, כגון דימות תהודה מגנטית (MRI), ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR), מאיץ חלקיקים קוונטיים מוליכי-על, מאיץ ההדרונים הגדול, אינטרפרומטר (SQUID), תהודה ספין אלקטרונית (ESR) ואחסון אנרגיה מגנטית מוליך-על (SMES), גנרטורים מוליכי-על MHD, חיישני מוליך-על, העברת חשמל, הובלת מגלב, ספקטרומטר מסות, מגנט מוליך-על, מפרידי שדה מגנטי חזק, מגנטים מוליכי-על בעלי שדה טבעתי עבור כורי היתוך ומחקר קריוגני אחר. הליום מקרר חומרים מוליכי-על ומגנטים קריוגניים כמעט לאפס מוחלט, ובנקודה זו ההתנגדות של מוליך-העל יורדת לפתע לאפס. ההתנגדות הנמוכה מאוד של מוליך-על יוצרת שדה מגנטי חזק יותר. במקרה של ציוד MRI המשמש בבתי חולים, שדות מגנטיים חזקים יותר מייצרים פרטים רבים יותר בתמונות רדיוגרפיות.

הליום משמש כנוזל קירור-על מכיוון שלו יש את נקודות ההיתוך והרתיחה הנמוכות ביותר, הוא אינו מתמצק בלחץ אטמוספרי ובטמפרטורה של 0 קלווין, והליום הוא אינרטי מבחינה כימית, מה שהופך את התגובה שלו עם חומרים אחרים לכמעט בלתי אפשרית. בנוסף, הליום הופך לנוזלי-על מתחת ל-2.2 קלווין. עד כה, ניידות-על ייחודית זו לא נוצלה באף יישום תעשייתי. בטמפרטורות מתחת ל-17 קלווין, אין תחליף להליום כנוזל קירור במקור קריוגני.

אווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה

הליום משמש גם בבלונים ובספינות אוויר. מכיוון שהליום קל יותר מאוויר, ספינות אוויר ובלונים מלאים בהליום. להליום יש יתרון בכך שהוא אינו דליק, אם כי מימן ציף יותר ובעל קצב פליטה נמוך יותר מהממברנה. שימוש משני נוסף הוא בטכנולוגיית רקטות, שם הליום משמש כמדיום אובדן כדי לדחוק דלק וחומר מחמצן במיכלי אחסון ולעיבוי מימן וחמצן לייצור דלק רקטות. ניתן להשתמש בו גם כדי להסיר דלק וחומר מחמצן מציוד תמיכה קרקעי לפני השיגור, ויכול לקרר מראש מימן נוזלי בחללית. בטיל שבתאי 5 ששימש בתוכנית אפולו, נדרשו כ-370,000 מטר מעוקב (13 מיליון רגל מעוקב) של הליום לשיגור.

גילוי וניתוח דליפות בצנרת

שימוש תעשייתי נוסף של הליום הוא גילוי דליפות. גילוי דליפות משמש לגילוי דליפות במערכות המכילות נוזלים וגזים. מכיוון שהליום מתפזר דרך מוצקים פי שלושה מהר יותר מאוויר, הוא משמש כגז נותב לגילוי דליפות בציוד בוואקום גבוה (כגון מיכלי קריוגניים) ובמיליקי לחץ גבוה. האובייקט ממוקם בתא, אשר לאחר מכן מפונה ומתמלא בהליום. אפילו בקצבי דליפה נמוכים של 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3/s), ניתן לזהות הליום הבורח דרך הדליפה על ידי מכשיר רגיש (ספקטרומטר מסות הליום). הליך המדידה הוא בדרך כלל אוטומטי ונקרא מבחן אינטגרציית הליום. שיטה נוספת ופשוטה יותר היא למלא את האובייקט המדובר בהליום ולחפש ידנית דליפות באמצעות מכשיר נייד.

הליום משמש לגילוי דליפות מכיוון שהוא המולקולה הקטנה ביותר והוא מולקולה חד-אטומית, ולכן הליום דולף בקלות. גז הליום ממולא לתוך האובייקט במהלך גילוי דליפות, ואם מתרחשת דליפה, ספקטרומטר המסות של הליום יוכל לזהות את מיקום הדליפה. ניתן להשתמש בהליום לגילוי דליפות בטילים, מיכלי דלק, מחליפי חום, קווי גז, אלקטרוניקה, שפופרות טלוויזיה ורכיבי ייצור אחרים. גילוי דליפות באמצעות הליום שימש לראשונה במהלך פרויקט מנהטן לגילוי דליפות במפעלי העשרת אורניום. ניתן להחליף הליום לגילוי דליפות במימן, חנקן או תערובת של מימן וחנקן.

ריתוך ועיבוד מתכת

גז הליום משמש כגז מגן בריתוך קשת ובריתוך קשת פלזמה בגלל אנרגיית היינון הפוטנציאלית הגבוהה שלו בהשוואה לאטומים אחרים. גז ההליום סביב הריתוך מונע מהמתכת להתחמצן במצב מותך. אנרגיית היינון הפוטנציאלית הגבוהה של הליום מאפשרת ריתוך קשת פלזמה של מתכות שונות המשמשות בבנייה, בניית ספינות וחלל, כגון טיטניום, זירקוניום, מגנזיום וסגסוגות אלומיניום. למרות שניתן להחליף את ההליום בגז המגן בארגון או במימן, חומרים מסוימים (כגון טיטניום הליום) אינם ניתנים להחלפה בריתוך קשת פלזמה. מכיוון שהליום הוא הגז היחיד שבטוח בטמפרטורות גבוהות.

אחד מתחומי הפיתוח הפעילים ביותר הוא ריתוך פלדות אל-חלד. הליום הוא גז אינרטי, מה שאומר שהוא אינו עובר תגובות כימיות כאשר הוא נחשף לחומרים אחרים. מאפיין זה חשוב במיוחד בגזי הגנה לריתוך.

הליום גם מוליך חום היטב. זו הסיבה שהוא משמש בדרך כלל בריתוכים שבהם נדרשת קלט חום גבוה יותר כדי לשפר את יכולת הרטיבות של הריתוך. הליום שימושי גם להאצה.

הליום מעורבב בדרך כלל עם ארגון בכמויות משתנות בתערובת גז המגן כדי לנצל את מלוא התכונות הטובות של שני הגזים. הליום, לדוגמה, משמש כגז מגן המסייע לספק אופני חדירה רחבים ורדודים יותר במהלך ריתוך. אבל הליום אינו מספק את הניקוי שארגון מספק.

כתוצאה מכך, יצרני מתכות שוקלים לעתים קרובות ערבוב ארגון עם הליום כחלק מתהליך העבודה שלהם. עבור ריתוך מתכת בקשת גז מוגנת, הליום עשוי להוות 25% עד 75% מתערובת הגז בתערובת הליום/ארגון. על ידי התאמת הרכב תערובת הגז המגן, הרתך יכול להשפיע על פיזור החום של הריתוך, מה שבתורו משפיע על צורת חתך הרוחב של מתכת הריתוך ועל מהירות הריתוך.

תעשיית מוליכים למחצה אלקטרוניים

כגז אינרטי, הליום הוא כה יציב עד שהוא כמעט ואינו מגיב עם יסודות אחרים. תכונה זו הופכת אותו לשימוש כמגן בריתוך קשת (כדי למנוע זיהום חמצן באוויר). להליום יש גם יישומים קריטיים אחרים, כגון ייצור מוליכים למחצה וסיבים אופטיים. בנוסף, הוא יכול להחליף חנקן בצלילה עמוקה כדי למנוע היווצרות בועות חנקן בזרם הדם, ובכך למנוע מחלת צלילה.

נפח מכירות הליום עולמי (2016-2027)

שוק ההליום העולמי הגיע ל-1,825.37 מיליון דולר בשנת 2020 וצפוי להגיע ל-2,742.04 מיליון דולר בשנת 2027, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר (CAGR) של 5.65% (2021-2027). התעשייה קיימת באי ודאות רבה בשנים הקרובות. נתוני התחזית לשנים 2021-2027 במאמר זה מבוססים על ההתפתחות ההיסטורית של השנים האחרונות, חוות דעת של מומחים בתעשייה ודעות של אנליסטים במאמר זה.

תעשיית ההליום מרוכזת מאוד, מקורה במשאבים טבעיים, ויש לה יצרנים גלובליים מוגבלים, בעיקר בארצות הברית, רוסיה, קטאר ואלג'יריה. בעולם, מגזר הצריכה מרוכז בארצות הברית, סין, אירופה וכן הלאה. לארצות הברית היסטוריה ארוכה ומעמד בלתי מעורער בתעשייה.

לחברות רבות יש מספר מפעלים, אך בדרך כלל הם אינם קרובים לשווקי היעד שלהן. לכן, למוצר יש עלות הובלה גבוהה.

מאז חמש השנים הראשונות, הייצור גדל באיטיות רבה. הליום הוא מקור אנרגיה שאינו מתחדש, ובמדינות המפיקות ננקטו מדיניות כדי להבטיח את המשך השימוש בו. יש החוזים כי ההליום ייגמר בעתיד.

לתעשייה יש שיעור גבוה של יבוא ויצוא. כמעט כל המדינות משתמשות בהליום, אך רק למעטות יש עתודות הליום.

להליום מגוון רחב של שימושים והוא יהיה זמין ביותר ויותר תחומים. לאור המחסור במשאבים טבעיים, הביקוש להליום צפוי לגדול בעתיד, מה שידרוש חלופות מתאימות. מחירי ההליום צפויים להמשיך ולעלות בין השנים 2021 ל-2026, מ-13.53 דולר למטר מעוקב (2020) ל-19.09 דולר למטר מעוקב (2027).

התעשייה מושפעת מכלכלה וממדיניות. ככל שהכלכלה העולמית מתאוששת, יותר ויותר אנשים מודאגים משיפור הסטנדרטים הסביבתיים, במיוחד באזורים לא מפותחים עם אוכלוסיות גדולות וצמיחה כלכלית מהירה, הביקוש להליום יגדל.

נכון לעכשיו, בין היצרנים הגלובליים הגדולים נמנים Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) ו-Gazprom (Ru) ועוד. בשנת 2020, נתח המכירות של 6 היצרנים המובילים יעלה על 74%. צפוי כי התחרות בתעשייה תהפוך לעזה יותר בשנים הקרובות.

ציוד קריוגני HL

עקב המחסור במשאבי הליום נוזלי והמחיר העולה, חשוב להפחית את האובדן וההשבתה של הליום נוזלי בתהליך השימוש וההובלה שלו.

חברת HL Cryogenic Equipment, שנוסדה בשנת 1992, היא מותג הקשור לחברת HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment מחויבת לתכנון וייצור של מערכות צנרת קריוגניות מבודדות בוואקום גבוה וציוד תומך נלווה כדי לענות על מגוון צרכים של לקוחות. הצינורות המבודדים בוואקום והצינורות הגמישים עשויים מחומרים מבודדים מיוחדים בעלי וואקום גבוה וממסכים מרובים, ועוברים סדרה של טיפולים טכניים מחמירים ביותר וטיפול בוואקום גבוה, המשמשים להעברת חמצן נוזלי, חנקן נוזלי, ארגון נוזלי, מימן נוזלי, הליום נוזלי, גז אתילן נוזלי LEG וגז טבעי נוזלי LNG.

סדרת המוצרים של צינורות במעיל ואקום, צינורות במעיל ואקום, שסתומים במעיל ואקום ומפרידי פאזות של חברת HL Cryogenic Equipment, שעברו סדרה של טיפולים טכניים מחמירים ביותר, משמשים להעברת חמצן נוזלי, חנקן נוזלי, ארגון נוזלי, מימן נוזלי, הליום נוזלי, LEG ו-LNG, ומוצרים אלה משמשים לציוד קריוגני (למשל, מיכלי קריוגניים, דיוארים וקופסאות קירור וכו') בתעשיות של הפרדת אוויר, גזים, תעופה, אלקטרוניקה, מוליכי-על, שבבים, הרכבת אוטומציה, מזון ומשקאות, בית מרקחת, בתי חולים, ביו-בנקים, גומי, ייצור חומרים חדשים, הנדסה כימית, ברזל ופלדה ומחקר מדעי וכו'.

חברת HL Cryogenic Equipment הפכה לספקית/מוכרית מוסמכת של Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani, ו-Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) ועוד.