He/Helium

Toepassingen

Vulling van luchtballon en luchtschip

Helium is een edelgas en daardoor onbrandbaar. Dat maakt het veel beter geschikt dan het brandbare, explosieve waterstof als vulmiddel voor luchtballons of luchtschepen. Een bijkomend voordeel is dat het minder snel door een ballonwand dringt dan waterstof.

Het nadeel van helium is de hogere prijs en daarom maakt men soms gebruik van een mengsel van 80% helium en 20% waterstof. Een andere oplossing bestaat uit gecompartimenteerde ballonnen met helium in de buitenste compartimenten en waterstof binnenin. Het gevaar voor explosies is dan een stuk kleiner.

Ballonnen voor meteorologisch onderzoek, die hoogtes bereiken tot 40 km, zijn uitsluitend gevuld met helium. In de bemande ballonvaart gaat de voorkeur uit naar warme lucht. Voor ballonvaarten op grote hoogte, zoals tijdens recordbrekende non-stop vluchten rond de wereld, zijn dubbele systemen ontwikkeld. Daarbij is een compartiment gevuld met helium omringd door een compartiment met warme lucht.

Duikgas

Bij het duiken op grote diepte (dieper dan 30 m) kan de gebruikelijke zuurstofvoorziening met perslucht tot zogenaamde stikstofnarcose leiden. De hoge druk leidt tot een overdaad aan stikstof in het lichaam van de duiker. Dit leidt tot een dronken gevoel (vandaar de benaming ‘Martini’-effect, of dieptedronkenschap). Dit is te voorkomen door (een deel van) de 78% stikstof in perslucht te vervangen door helium. Bekende duikgassen zijn Trimix (stikstof–zuurstof-helium) en Heliox (helium-zuurstof).

Lektestgas

Lekken in (gas)leidingen zijn op te sporen met behulp van verschillen in warmtegeleiding. Helium wordt vaak gebruikt voor deze Thermo Conduction Detection (TCD) omdat het een zeer goede warmtegeleiding heeft.

Laser

Een gasmengsel van helium en neon is een geschikt medium voor het opwekken van laserlicht. De allereerste gaslaser (1960) was er mee gevuld en het is nog steeds populair bij laserfabrikanten. Het levert relatief goedkope lasers met licht van allerlei golflengtes. In het zichtbare spectrum gaat het om de kleuren groen, geel, oranje en rood.

De rode HeNe laser (golflengte 633 nm) kent de hoogste efficiëntie en deze wordt dan ook veel toegepast in industrie, wetenschap en onderwijs. Bij de aanleg van de Kanaaltunnel werd deze laser gebruikt voor positiebepalingen.

Beschermgas

Bij het lassen van metalen als aluminium, titaan, molybdeen, magnesium of roestvrij staal kan helium als beschermgas dienen. Een constante aanvoer van het inerte gas schermt het hete smeltbad van de las-in-wording af, zodat gassen uit de omgeving er niet op kunnen inwerken. Dit voorkomt de vorming van oxiden en nitriden en verhoogt de kwaliteit van de lasverbinding. Helium is puur te gebruiken, maar ook gemengd met argon (ook een edelgas) of andere gassen (bijvoorbeeld kooldioxide).

Ook bij de productie van optische vezels en halfgeleiders wordt helium als beschermgas toegepast. Het voorkomt onzuiverheden als gevolg van de inwerking van omgevingsgassen.

Koelmiddel

Vloeibaar helium (kouder dan – 268,9 ºC) speelt een cruciale rol bij de toepassing van supergeleiding. De veelgebruikte ’traditionele’ supergeleidende materialen verliezen bij zeer lage temperaturen hun elektrische weerstand. Ze zijn bijvoorbeeld te vinden in de magneten van MRI-scanners in ziekenhuizen.

MRI (de afkorting staat voor magnetic resonance imaging) werkt met zeer krachtige magneetvelden en met radiogolven. De laatste zorgen voor de trilling van de kernen van waterstofatomen in het lichaam, en om dat te kunnen detecteren is het magneetveld nodig. Aangezien verschillende weefsels in het lichaam anders reageren op de radiogolven is een lichaam met MRI ‘van binnen’ in beeld te brengen

Verdere toepassingen

• (Bij)vulling in gasontladingsbuizen (geel licht)
• (Precisie)gasthermometer
• Dragergas bij de gaschromatografie
• Opsporen of volgen van onderaardse water- en gasstromen
• Stralingsdetectoren
• Therapie voor astma (80% He / 20% O₂; bij een lagere dichtheid gaat het ademen veel beter)
• Drukvulling in brandstoftanks van raketten (verdamping van vloeibaar helium houdt de tank onder druk).
• Medium in supersone windtunnels