مقدمه
هلیوم (He) یکی از عناصر گاز نجیب است که کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف دارد. یکی از منابع اصلی تولید هلیوم در طبیعت، فرآیندهای رادیواکتیو هستند. در این مقاله، به بررسی تولید هلیوم در نتیجه تجزیه رادیواکتیو اورانیوم و توریم خواهیم پرداخت. این فرآیند به عنوان یک منبع طبیعی هلیوم شناخته می‌شود و نقشی حیاتی در تامین هلیوم برای مصارف مختلف از جمله استفاده در تجهیزات پزشکی، صنایع فضایی، و پر کردن بادکنک‌ها دارد.
نوین گاز
جهت خرید کپسول گاز هلیوم با ما در تماس باشید .
1. تجزیه رادیواکتیو اورانیوم
اورانیوم یکی از سنگین‌ترین عناصر طبیعی است که به طور گسترده در پوسته زمین یافت می‌شود. این عنصر به دلیل خواص رادیواکتیو خود در طول زمان تجزیه شده و اشعه‌های مختلفی از جمله آلفا، بتا و گاما منتشر می‌کند. تجزیه رادیواکتیو اورانیوم در نهایت منجر به تولید ایزوتوپ‌های دیگر مانند رادون و هلیوم می‌شود.
- فرآیند تجزیه اورانیوم: اورانیوم ۲۳۸ (U-238) یکی از ایزوتوپ‌های اصلی اورانیوم است که به طور طبیعی در زمین وجود دارد. این ایزوتوپ به تدریج در طی فرآیندهای رادیواکتیو به رادون ۲۲۲ (Rn-222) تجزیه می‌شود که یکی از محصولات تجزیه اورانیوم است. رادون به نوبه خود تحت تجزیه قرار می‌گیرد و به هلیوم تبدیل می‌شود.
- نقش هلیوم در این فرآیند: هر مولکول هلیوم که در نتیجه تجزیه اورانیوم تولید می‌شود، به صورت گاز در محیط آزاد می‌شود. این هلیوم معمولاً در لایه‌های سنگی و گازهای طبیعی در زیر زمین ذخیره می‌شود. به همین دلیل، ذخایر هلیوم معمولاً در نزدیکی منابع اورانیوم یافت می‌شوند.
2. تجزیه رادیواکتیو توریم
توریم نیز یکی از عناصر رادیواکتیو است که مشابه اورانیوم در فرآیندهای هسته‌ای تجزیه می‌شود. این عنصر در بسیاری از معادن سنگ‌های گرانیتی و سنگ‌های معدنی یافت می‌شود. فرآیند تجزیه رادیواکتیو توریم، مشابه با اورانیوم، به تولید هلیوم کمک می‌کند.
- فرآیند تجزیه توریم: توریم ۲۳۲ (Th-232) در طول زمان تجزیه می‌شود و به محصولات مختلفی از جمله رادون و هلیوم منتهی می‌شود. این فرآیند به آرامی در طول میلیون‌ها سال اتفاق می‌افتد و باعث تولید گاز هلیوم در معادن سنگی و در مناطق خاصی از زمین می‌شود.
- نقش هلیوم: همانطور که در مورد اورانیوم ذکر شد، هلیوم تولید شده در نتیجه تجزیه توریم نیز به صورت گاز آزاد می‌شود. این گاز به دلیل خاصیت‌های شیمیایی خود، در داخل سنگ‌ها به دام می‌افتد و ذخایر طبیعی هلیوم در لایه‌های زیرزمینی شکل می‌گیرند.
3. مکانیزم تولید هلیوم در معادن گازی
یکی از منابع اصلی هلیوم که به دلیل تجزیه رادیواکتیو اورانیوم و توریم ایجاد می‌شود، در معادن گازی یافت می‌شود. در این معادن، هلیوم به عنوان یک گاز نادر در کنار گازهای طبیعی مانند متان و اتان ذخیره می‌شود.
- فرآیند تجمع هلیوم: هلیوم به دلیل سبکی خود به راحتی از سنگ‌ها و لایه‌های زیرزمینی حرکت کرده و به گازهای طبیعی دیگر می‌پیوندد. به همین دلیل، معادنی که در نزدیکی منابع اورانیوم یا توریم قرار دارند، معمولاً هلیوم بیشتری دارند.
- استخراج هلیوم: از آنجا که هلیوم یکی از گازهای نجیب است و به راحتی با دیگر عناصر واکنش نمی‌دهد، استخراج آن از گاز طبیعی یا منابع معدنی نسبتاً آسان است. این فرآیند معمولاً در قالب تقطیر مایع گاز طبیعی انجام می‌شود که هلیوم را از سایر گازها جدا می‌کند.
4. مهم‌ترین منابع هلیوم در جهان
تولید هلیوم در نتیجه تجزیه رادیواکتیو اورانیوم و توریم منجر به تشکیل ذخایر هلیوم در مناطق خاصی از جهان می‌شود. بزرگ‌ترین منابع هلیوم در جهان در آمریکا، قطر، ترکمنستان و روسیه قرار دارند. این منابع طبیعی معمولاً در نزدیکی میادین گاز طبیعی هستند که غلظت هلیوم در آن‌ها بیشتر از سایر مناطق است.
5. کاربردهای هلیوم
هلیوم تولید شده از طریق تجزیه رادیواکتیو به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود در بسیاری از صنایع کاربرد دارد:
- صنعت پزشکی: هلیوم برای خنک‌سازی تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های MRI (تصویربرداری رزونانس مغناطیسی) استفاده می‌شود.
- صنعت فضایی: هلیوم به عنوان گاز پرکننده در بالن‌ها و در سوخت‌های راکت استفاده می‌شود.
- صنعت‌های دیگر: هلیوم در صنایع نیمه‌رسانا، لیزرها، و پرکردن بالن‌ها کاربرد دارد.
6. چالش‌های استخراج هلیوم
با توجه به اینکه منابع هلیوم به تدریج در حال کاهش هستند و هلیوم به راحتی از جو زمین فرار می‌کند، استخراج هلیوم از منابع طبیعی نیازمند توجه بیشتر به شیوه‌های بهینه‌سازی است. همچنین، با توجه به کاربردهای بی‌شمار هلیوم در صنایع مختلف، کمبود این گاز می‌تواند تاثیرات زیادی بر این صنایع داشته باشد.
نتیجه‌گیری
تولید هلیوم در نتیجه تجزیه رادیواکتیو اورانیوم و توریم یکی از منابع طبیعی این گاز است که در معادن گازی و در لایه‌های زیرزمینی ذخیره می‌شود. این فرآیند پیچیده نقش مهمی در تأمین هلیوم برای صنایع مختلف ایفا می‌کند. با توجه به محدودیت منابع طبیعی و نیازهای روزافزون به هلیوم، اهمیت تحقیقات بیشتر در زمینه استخراج و بهره‌برداری از این گاز در آینده بیش از پیش خواهد شد.
