ฮีเลียม

ฮีเลียม (จากกรีก : ἥλιος , romanizedhelios , สว่าง 'อาทิตย์') เป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์ เขาและเลขอะตอม 2. มันเป็นไม่มีสีไม่มีกลิ่น, รสจืด, ปลอดสารพิษ, เฉื่อย , monatomic ก๊าซครั้งแรก ในก๊าซเฉื่อยกลุ่มในตารางธาตุ [a]จุดเดือดของมันต่ำที่สุดในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมด ฮีเลียมเป็นครั้งที่สองมากที่สุดเบาที่สุดและครั้งที่สององค์ประกอบมากมายในที่สังเกตได้จักรวาล ( ไฮโดรเจนมีน้ำหนักเบาและมีมากที่สุด) มีอยู่ประมาณ 24% ของมวลธาตุทั้งหมดซึ่งมากกว่า 12 เท่าของมวลของธาตุที่หนักกว่าทั้งหมดรวมกัน ความอุดมสมบูรณ์ของมันคือที่คล้ายกันนี้ทั้งในดวงอาทิตย์และดาวพฤหัสบดี เนื่องจากพลังงานนิวเคลียร์ที่มีผลผูกพันสูงมาก(ต่อนิวคลีออน ) ของฮีเลียม -4เมื่อเทียบกับสามองค์ประกอบถัดไปหลังจากฮีเลียม ฮีเลียม 4 พลังงานนี้มีผลผูกพันยังบัญชีสำหรับเหตุผลที่มันเป็นผลิตภัณฑ์ของทั้งนิวเคลียร์ฟิวชันและการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี ฮีเลียมที่สุดในจักรวาลเป็นฮีเลียม-4, ส่วนใหญ่ของซึ่งถูกสร้างขึ้นในช่วงบิ๊กแบง จำนวนมากของฮีเลียมใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นโดยนิวเคลียร์ฟิวชันของไฮโดรเจนในดาว

ฮีเลียม  2เขา
ท่อระบายฮีเลียม. jpg
ฮีเลียม
การออกเสียง/ ชั่วโมง ฉันลิตรฉันə เมตร / ( HEE -lee-əm )
ลักษณะก๊าซไม่มีสีแสดงแสงสีเทาขุ่นมัว (หรือสีส้มอมแดงหากใช้ไฟฟ้าแรงสูงโดยเฉพาะ) เมื่อวางไว้ในสนามไฟฟ้า
น้ำหนักอะตอมมาตรฐานA r, std (He) 4.002 602 (2) [1]
ฮีเลียมในตารางธาตุ
ไฮโดรเจน ฮีเลียม
ลิเธียม เบริลเลียม โบรอน คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน นีออน
โซเดียม แมกนีเซียม อลูมิเนียม ซิลิคอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน คลอรีน อาร์กอน
โพแทสเซียม แคลเซียม Scandium ไทเทเนียม วานาเดียม โครเมียม แมงกานีส เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง สังกะสี แกลเลียม เจอร์เมเนียม สารหนู ซีลีเนียม โบรมีน คริปทอน
รูบิเดียม สตรอนเทียม อิตเทรียม เซอร์โคเนียม ไนโอเบียม โมลิบดีนัม Technetium รูทีเนียม โรเดียม แพลเลเดียม เงิน แคดเมียม อินเดียม ดีบุก พลวง เทลลูเรียม ไอโอดีน ซีนอน
ซีเซียม แบเรียม แลนทานัม ซีเรียม พราโซไดเมียม นีโอดิเมียม โพรมีเทียม ซาแมเรียม ยูโรเปี้ยม แกโดลิเนียม เทอร์เบียม ดิสโพรเซียม โฮลเมียม เออร์เบียม ทูเลี่ยม อิตเทอร์เบียม ลูเทเทียม แฮฟเนียม แทนทาลัม ทังสเตน รีเนียม ออสเมียม อิริเดียม แพลตตินั่ม ทอง ปรอท (ธาตุ) แทลเลียม ตะกั่ว บิสมัท พอโลเนียม แอสทาทีน เรดอน
แฟรนเซียม เรเดียม แอกทิเนียม ทอเรียม Protactinium ยูเรเนียม เนปจูน พลูโตเนียม อเมริเนียม คูเรียม เบอร์คีเลียม แคลิฟอร์เนียม ไอน์สไตเนียม เฟอร์เมียม Mendelevium โนบีเลียม Lawrencium รัทเทอร์ฟอร์ด Dubnium ซีบอร์เกียม Bohrium ฮัสเซียม Meitnerium ดาร์มสตัดเทียม เรินต์เกเนียม โคเปอร์นิเซียม ไนโฮเนียม เฟลโรเวียม มอสโคเวียม ลิเวอร์โมเรียม Tennessine Oganesson
-

เขา

เน
ไฮโดรเจนฮีเลียมลิเธียม
เลขอะตอม ( Z )2
กลุ่มกลุ่มที่ 18 (ก๊าซมีตระกูล)
ระยะเวลาช่วงที่ 1
บล็อก  s- บล็อก
การกำหนดค่าอิเล็กตรอน1 วินาที2
อิเล็กตรอนต่อเปลือก2
คุณสมบัติทางกายภาพ
เฟสที่  STPแก๊ส
จุดหลอมเหลว0.95  K (−272.20 ° C, −457.96 ° F) (ที่ 2.5 MPa)
จุดเดือด4.222 พัน (−268.928 ° C, −452.070 ° F)
ความหนาแน่น (ที่ STP)0.1786 ก. / ล
เมื่อของเหลว (ที่  mp )0.145 ก. / ซม. 3
เมื่อของเหลว (ที่  bp )0.125 ก. / ซม. 3
จุดสาม2.177 พัน, 5.043 กิโลปาสคาล
จุดวิกฤต5.1953 K, 0.22746 MPa
ความร้อนของฟิวชั่น0.0138  กิโลจูล / โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ0.0829 กิโลจูล / โมล
ความจุความร้อนกราม20.78 J / (โมล· K) [2]
ความดันไอ (กำหนดโดย ITS-90 )
P  (ป่า) 1 10 100 1 ก 10 ก 100 พัน
ที่  T  (K)     1.23 1.67 2.48 4.21
คุณสมบัติของอะตอม
สถานะออกซิเดชัน0
อิเล็กโทรเนกาติวิตีPauling scale: ไม่มีข้อมูล
พลังงานไอออไนเซชัน
  • ที่ 1: 2372.3 kJ / mol
  • 2nd: 5250.5 กิโลจูล / โมล
รัศมีโควาเลนต์28 
Van der Waals รัศมี140 น
เส้นสีในช่วงสเปกตรัม
เส้นสเปกตรัมของฮีเลียม
คุณสมบัติอื่น ๆ
เกิดขึ้นตามธรรมชาติดึกดำบรรพ์
โครงสร้างคริสตัลหกเหลี่ยมปิดบรรจุ (hcp)
โครงสร้างผลึกปิดผนึกหกเหลี่ยมสำหรับฮีเลียม
ความเร็วของเสียง972 ม. / วินาที
การนำความร้อน0.1513 วัตต์ / (m⋅K)
การสั่งซื้อแม่เหล็กไดอะแมกเนติก[3]
ความไวต่อแม่เหล็กกราม−1.88 × 10 −6  ซม. 3 / โมล (298 K) [4]
หมายเลข CAS7440-59-7
ประวัติศาสตร์
การตั้งชื่อหลังจากHelios เทพเจ้ากรีกแห่งดวงอาทิตย์
การค้นพบปิแอร์ Janssen , นอร์แมนอคเยอร์(1868)
การแยกครั้งแรกวิลเลียม Ramsay , เปอร์ทิโอดอร์คลีฟ , อับราฮัม Langlet (1895)
ไอโซโทปหลักของฮีเลียม
ไอโซโทป ความอุดมสมบูรณ์ ครึ่งชีวิต( t 1/2 ) โหมดสลายตัว สินค้า
3เขา 0.0002% มั่นคง
4เขา 99.9998% มั่นคง
ประเภท หมวดหมู่: ฮีเลียม
| การอ้างอิง

ฮีเลียมถูกตรวจพบครั้งแรกเป็นลายเซ็นเส้นสเปกตรัมสีเหลืองที่ไม่รู้จักในแสงแดดระหว่างสุริยุปราคาในปี พ.ศ. 2411โดยจอร์ชเรเยต์[11]กัปตันซีทีเฮก[12] นอร์แมนอาร์. พอกสัน[13]และพลโทจอห์นเฮอร์เชล[14] ]และได้รับการยืนยันในภายหลังโดยนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส, จูลส์ Janssen [15] Janssen มักจะให้เครดิตร่วมกับการตรวจสอบองค์ประกอบพร้อมกับนอร์แมนอคเยอร์ Janssen บันทึกเส้นสเปกตรัมของฮีเลียมในช่วงสุริยุปราคาในปีพ. ศ. 2411 ขณะที่ Lockyer สังเกตจากบริเตน Lockyer เป็นคนแรกที่เสนอว่าเส้นนั้นเกิดจากองค์ประกอบใหม่ซึ่งเขาตั้งชื่อ อย่างเป็นทางการการค้นพบขององค์ประกอบที่ถูกสร้างขึ้นในปี 1895 โดยทั้งสองสวีเดนเคมีต่อโจเซฟ Cleveและนิลส์อับราฮัม Langletที่พบฮีเลียมเล็ดลอดออกมาจากยูเรเนียม แร่ , cleveiteซึ่งขณะนี้ไม่ได้รับการยกย่องว่าเป็นสายพันธุ์ที่แยกแร่ แต่เป็นความหลากหลายของ uraninite . [16] [17]ในปี 1903 พบฮีเลียมสำรองจำนวนมากในแหล่งก๊าซธรรมชาติในบางส่วนของสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นผู้จัดหาก๊าซรายใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน

ฮีเลียมเหลวใช้ในการแช่แข็ง (ใช้ครั้งเดียวมากที่สุดโดยดูดซับประมาณหนึ่งในสี่ของการผลิต) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการระบายความร้อนของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดโดยมีการใช้งานเชิงพาณิชย์หลักในเครื่องสแกนMRI การใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ ของฮีเลียม - เป็นก๊าซที่มีความดันและล้างออกเป็นชั้นบรรยากาศป้องกันสำหรับการเชื่อมอาร์กและในกระบวนการต่างๆเช่นการเติบโตของผลึกเพื่อทำเวเฟอร์ซิลิกอน -คิดเป็นครึ่งหนึ่งของก๊าซที่ผลิตได้ ที่รู้จักกันดี แต่เล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ใช้เป็นเป็นก๊าซยกในลูกโป่งและเรือบิน [18]เช่นเดียวกับก๊าซใด ๆ ที่มีความหนาแน่นที่แตกต่างจากที่ของอากาศสูดดมในปริมาณเล็ก ๆ ของฮีเลียมชั่วคราวเปลี่ยนแปลงต่ำและคุณภาพของเสียงมนุษย์ ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พฤติกรรมของสองเฟสของของเหลวของฮีเลียม -4 (ฮีเลียม I และฮีเลียม II) มีความสำคัญต่อนักวิจัยที่ศึกษากลศาสตร์ควอนตัม (โดยเฉพาะคุณสมบัติของความฟุ่มเฟือย ) และสำหรับผู้ที่มองปรากฏการณ์เช่นการนำยิ่งยวดที่เกิดขึ้น ในเรื่องที่อยู่ใกล้กับศูนย์แน่นอน

บนโลกจะค่อนข้างหายาก 5.2 ppmโดยปริมาตรในบรรยากาศ ส่วนใหญ่ฮีเลียมบกในปัจจุบันในวันนี้ถูกสร้างขึ้นโดยธรรมชาติการสลายกัมมันตรังสีของธาตุกัมมันตรังสีหนัก ( ทอเรียมและยูเรเนียมแม้ว่าจะมีตัวอย่างอื่น ๆ ) ในฐานะอนุภาคแอลฟาปล่อยออกมาโดยสูญสลายดังกล่าวประกอบด้วยฮีเลียม 4 นิวเคลียส นี้radiogenicฮีเลียมถูกขังอยู่กับก๊าซธรรมชาติในระดับความเข้มข้นเป็นใหญ่เป็น 7% โดยปริมาตรจากที่ที่มันเป็นสารสกัดในเชิงพาณิชย์โดยกระบวนการแยกอุณหภูมิต่ำที่เรียกว่าการกลั่นเศษส่วน ก่อนหน้านี้ฮีเลียมบนบกซึ่งเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้เนื่องจากเมื่อปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศแล้วมันก็จะหนีไปในอวกาศทันที- คิดว่าจะขาดแคลนมากขึ้นเรื่อย ๆ [19] [20]อย่างไรก็ตามการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ชี้ให้เห็นว่าฮีเลียมที่เกิดขึ้นลึกลงไปในโลกโดยการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีสามารถสะสมในปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติในปริมาณที่มากกว่าที่คาดไว้[21]ในบางกรณีเมื่อได้รับการปลดปล่อยจากการระเบิดของภูเขาไฟ [22]

การค้นพบทางวิทยาศาสตร์

หลักฐานแรกของฮีเลียมเป็นข้อสังเกตที่ 18 สิงหาคม 1868 เป็นเส้นสีเหลืองสดใสที่มีความยาวคลื่นของ 587.49 นาโนเมตรในสเปกตรัมของchromosphereของดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสJules Janssenตรวจพบเส้นดังกล่าวในระหว่างการเกิดสุริยุปราคาทั้งหมดในGunturประเทศอินเดีย [23] [24]บรรทัดนี้ก็พอจะสันนิษฐานแรกจะเป็นโซเดียม ในวันที่ 20 ตุลาคมของปีเดียวกันนอร์แมนล็อกเยอร์นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษสังเกตเห็นเส้นสีเหลืองในสเปกตรัมของสุริยะซึ่งเขาตั้งชื่อ D 3เนื่องจากอยู่ใกล้เส้นโซเดียมD 1และ D 2 Fraunhoferที่รู้จักกันดี [25] [26]เขาสรุปว่ามันเกิดจากองค์ประกอบในดวงอาทิตย์ที่ไม่รู้จักบนโลก Lockyer และนักเคมีชาวอังกฤษEdward Franklandตั้งชื่อองค์ประกอบด้วยคำภาษากรีกสำหรับดวงอาทิตย์ἥλιος ( helios ) [27] [28]

Picture of visible spectrum with superimposed sharp yellow and blue and violet lines
เส้นสเปกตรัมของฮีเลียม

ในปีพ. ศ. 2424 Luigi Palmieriนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีตรวจพบฮีเลียมบนโลกเป็นครั้งแรกผ่านเส้นสเปกตรัมD 3เมื่อเขาวิเคราะห์วัสดุที่ถูกระเหิดระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟวิสุเวียสเมื่อไม่นานมานี้ [29]

เซอร์ วิลเลียมแรมเซย์ผู้ค้นพบฮีเลียมบนบก
ตัวอย่างที่ชัดเจนซึ่ง Ramsay ได้ทำการกรองฮีเลียมให้บริสุทธิ์เป็นครั้งแรก [30]

เมื่อวันที่ 26 มีนาคม 1895, สก็อตนักเคมีเซอร์วิลเลียม Ramsayแยกก๊าซฮีเลียมบนโลกโดยการรักษาแร่cleveite (ความหลากหลายของuraniniteที่มีอย่างน้อย 10% องค์ประกอบธาตุดิน ) ไปด้วยแร่ธาตุกรด Ramsay กำลังมองหาอาร์กอนแต่หลังจากแยกไนโตรเจนและออกซิเจนออกจากก๊าซปลดปล่อยด้วยกรดซัลฟิวริกเขาสังเกตเห็นเส้นสีเหลืองสดใสที่ตรงกับเส้น D 3 ที่สังเกตได้ในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ [26] [31] [32] [33]ตัวอย่างเหล่านี้ถูกระบุว่าเป็นฮีเลียมโดยอคเยอร์และนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษวิลเลียม Crookes [34] [35]มันถูกแยกเป็นอิสระจาก cleveite ในปีเดียวกันโดยนักเคมีต่อโจเซฟ Cleveและอับราฮัม LangletในUppsala , สวีเดนที่เก็บเพียงพอของก๊าซที่ถูกต้องตรวจสอบของมวลอะตอม [24] [36] [37]ฮีเลียมยังถูกแยกโดยนักธรณีเคมีชาวอเมริกันวิลเลียมฟรานซิสฮิลเลอร์แบรนด์ก่อนการค้นพบของแรมเซย์เมื่อเขาสังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมที่ผิดปกติขณะทดสอบตัวอย่างแร่ยูเรเนียม อย่างไรก็ตาม Hillebrand ให้สายไนโตรเจน [38]จดหมายแสดงความยินดีของเขาที่มีต่อ Ramsay เสนอกรณีที่น่าสนใจเกี่ยวกับการค้นพบและการค้นพบที่ใกล้ตัวในทางวิทยาศาสตร์ [39]

ในปีพ. ศ. 2450 เออร์เนสต์รัทเทอร์ฟอร์ดและโธมัสรอยด์สแสดงให้เห็นว่าอนุภาคแอลฟาเป็นนิวเคลียสของฮีเลียมโดยปล่อยให้อนุภาคทะลุผ่านผนังกระจกบาง ๆ ของท่อที่ถูกอพยพออกจากนั้นสร้างการระบายออกในท่อเพื่อศึกษาสเปกตรัมของก๊าซใหม่ที่อยู่ภายใน [40]ในปีพ. ศ. 2451 Heike Kamerlingh Onnesนักฟิสิกส์ชาวดัตช์เหลวเป็นครั้งแรกโดยทำให้ก๊าซเย็นลงเหลือน้อยกว่า 5 K (−268.15 ° C; −450.67 ° F) [41] [42]เขาพยายามทำให้มันแข็งตัวโดยการลดอุณหภูมิลงอีก แต่ล้มเหลวเพราะฮีเลียมไม่แข็งตัวที่ความดันบรรยากาศ ในที่สุดWillem Hendrik Keesomนักเรียนของ Onnes ก็สามารถแข็งตัวฮีเลียมขนาด 1 ซม. 3 ได้ในปีพ. ศ. 2469 โดยใช้แรงดันภายนอกเพิ่มเติม [43] [44]

ในปีพ. ศ. 2456 นีลส์บอร์ตีพิมพ์ "ไตรภาค" [45] [46]เกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมซึ่งรวมถึงการพิจารณาใหม่ของซีรีส์พิกเกอริง - ฟาวเลอร์เพื่อเป็นหลักฐานสำคัญในการสนับสนุนแบบจำลองอะตอมของเขา [47] [48]ซีรีส์นี้ตั้งชื่อตามเอ็ดเวิร์ดชาร์ลส์พิกเคอริงซึ่งในปีพ. ศ. 2439 ได้ตีพิมพ์การสังเกตของเส้นที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ในสเปกตรัมของดาวζ Puppis [49] (ปัจจุบันทราบว่าเกิดขึ้นกับWolf – Rayetและดาวร้อนอื่น ๆ ). [50]พิกเคอริงระบุว่าการสังเกต (เส้นที่ 4551, 5411 และ 10123  Å ) เป็นไฮโดรเจนรูปแบบใหม่ที่มีระดับการเปลี่ยนแปลงครึ่งจำนวนเต็ม [51] [52]ในปีพ. ศ. 2455 อัลเฟรดฟาวเลอร์[53]สามารถผลิตเส้นที่คล้ายกันจากส่วนผสมของไฮโดรเจน - ฮีเลียมและสนับสนุนข้อสรุปของพิกเคอริงเกี่ยวกับที่มาของมัน [54]รุ่นบอร์ไม่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนครึ่งจำนวนเต็ม (หรือไม่กลศาสตร์ควอนตั) และบอร์สรุปว่าพิกเคอริและฟาวเลอร์ผิดและได้รับมอบหมายเส้นสเปกตรัมเหล่านี้เพื่อซึมฮีเลียมเขาแทน+ [55]ฟาวเลอร์เริ่มสงสัย[56]แต่ในที่สุดก็เชื่อมั่น[57]ว่าบอร์ถูกต้อง[45]และในปีพ. ศ. 2458 "นักสเปกโทรสโคปิสต์ได้ถ่ายโอน [ชุดพิกเกอริง - ฟาวเลอร์] [จากไฮโดรเจน] ไปเป็นฮีเลียม" [48] [58]งานทางทฤษฎีของบอร์ในซีรีส์พิกเคอริงได้แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการ "ตรวจสอบปัญหาอีกครั้งซึ่งดูเหมือนจะได้รับการแก้ไขแล้วภายในทฤษฎีคลาสสิก" และเป็นการยืนยันที่สำคัญสำหรับทฤษฎีอะตอมของเขา [48]

ในปี 1938 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียPyotr Kapitsa Leonidovichพบว่าฮีเลียม-4มีเกือบจะไม่มีความหนืดที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์แน่นอนปรากฏการณ์นี้เรียกว่าของไหลยวดยิ่ง [59]ปรากฏการณ์นี้จะเกี่ยวข้องกับBose-Einstein ควบแน่น ในปี 1972 ปรากฏการณ์เดียวกันพบว่าในฮีเลียม 3แต่ที่อุณหภูมิมากใกล้กับศูนย์แน่นอนโดยนักฟิสิกส์อเมริกันดักลาส D. Osheroff , เดวิดเมตรลีและโรเบิร์ตซีริชาร์ด ปรากฏการณ์ในฮีเลียม 3 เป็นความคิดที่จะเกี่ยวข้องกับการจับคู่ของฮีเลียม -3 เฟอร์มิออนที่จะทำให้bosonsในเปรียบเทียบกับคู่คูเปอร์ของอิเล็กตรอนผลิตไฟฟ้ายิ่งยวด [60]

การสกัดและการใช้งาน

เครื่องหมายทางประวัติศาสตร์แสดงถึงฮีเลียมขนาดใหญ่ที่พบใกล้ เด็กซ์เตอร์แคนซัส

หลังจากการดำเนินการขุดเจาะน้ำมันในปี 1903 ในDexter แคนซัสได้ผลิตน้ำพุร้อนที่ไม่สามารถเผาไหม้ได้Erasmus Haworthนักธรณีวิทยาของรัฐแคนซัสได้เก็บตัวอย่างของก๊าซที่หลบหนีและนำพวกเขากลับไปที่มหาวิทยาลัยแคนซัสที่ Lawrence ซึ่งด้วยความช่วยเหลือของนักเคมีแฮมิลตัน Cadyและ David McFarland เขาค้นพบว่าก๊าซประกอบด้วยโดยปริมาตรไนโตรเจน 72% มีเทน 15% ( เปอร์เซ็นต์ที่ติดไฟได้เฉพาะกับออกซิเจนที่เพียงพอ) ไฮโดรเจน 1% และก๊าซที่ไม่สามารถระบุได้ 12% [24] [61] จากการวิเคราะห์เพิ่มเติม Cady และ McFarland พบว่า 1.84% ของตัวอย่างก๊าซเป็นฮีเลียม [62] [63]นี้แสดงให้เห็นว่าแม้จะหายากโดยรวมบนโลกฮีเลียมเข้มข้นในปริมาณมากภายใต้อเมริกัน Great Plainsที่มีอยู่สำหรับการสกัดเป็นผลพลอยได้ของก๊าซธรรมชาติ [64]

ทำให้สหรัฐอเมริกากลายเป็นผู้จัดหาฮีเลียมชั้นนำของโลก ข้อเสนอแนะดังต่อไปนี้โดยเซอร์ริชาร์ด Threlfallที่กองทัพเรือสหรัฐฯสนับสนุนขนาดเล็กสามพืชฮีเลียมทดลองในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเป้าหมายของเราคือการจัดหากั้นบอลลูนกับไม่ติดไฟก๊าซเบากว่าอากาศ มีการผลิตฮีเลียม 92% ทั้งหมด 5,700 ม. 3 (200,000 ลูกบาศ์กฟุต) แม้ว่าก่อนหน้านี้จะได้รับก๊าซน้อยกว่าหนึ่งลูกบาศก์เมตรก็ตาม [26]ก๊าซนี้บางส่วนถูกใช้ในเรือเหาะที่เติมฮีเลียมลำแรกของโลกซึ่งเป็นเรือเหาะ C-7 ระดับ Cของกองทัพเรือสหรัฐซึ่งบินการเดินทางครั้งแรกจากHampton Roads รัฐเวอร์จิเนียไปยังBolling Fieldในวอชิงตันดีซีเมื่อเดือนธันวาคม 1, 1921, [65]เกือบสองปีก่อนที่เรือเหาะเติมฮีเลียมแบบแข็งลำแรกของกองทัพเรือโรงงานอากาศยานของกองทัพเรือที่สร้างUSS Shenandoahได้ทำการบินในเดือนกันยายน พ.ศ. 2466

แม้ว่ากระบวนการสกัดโดยใช้ก๊าซเหลวอุณหภูมิต่ำจะไม่ได้รับการพัฒนาให้มีความสำคัญในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 แต่การผลิตยังคงดำเนินต่อไป ฮีเลียมถูกใช้เป็นหลักในการยกแก๊สในยานที่เบากว่าอากาศ ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับก๊าซฮีเลียมสำหรับการยกก๊าซและป้องกันโค้งเชื่อม สเปกโตรมิเตอร์มวลฮีเลียมก็ยังสำคัญในการระเบิดปรมาณูแมนฮัตตันโครงการ [66]

รัฐบาลของสหรัฐอเมริกาตั้งค่าฮีเลียมสงวนแห่งชาติในปี 1925 ที่อามาริลโล, เท็กซัสมีเป้าหมายในการจัดหาทหารเรือในช่วงเวลาของสงครามและการค้าเรือบินในยามสงบ [26]เนื่องจากพระราชบัญญัติฮีเลียมปี 1925ซึ่งห้ามการส่งออกฮีเลียมที่หายากซึ่งสหรัฐมีการผูกขาดการผลิตร่วมกับต้นทุนก๊าซที่ต้องห้ามฮินเดนเบิร์กเช่นเดียวกับเรือเหาะของเยอรมันจึงถูกบังคับให้ใช้ไฮโดรเจน เป็นแก๊สลิฟท์ ตลาดฮีเลียมหลังจากสงครามโลกครั้งที่สองก็มีความสุข แต่สำรองได้มีการขยายในปี 1950 เพื่อให้มั่นใจว่าอุปทานของฮีเลียมเหลวเป็นน้ำหล่อเย็นเพื่อสร้างออกซิเจน / ไฮโดรเจนเชื้อเพลิงจรวด (ในความหมายอื่น) ระหว่างพื้นที่การแข่งขันและสงครามเย็น การใช้ฮีเลียมในสหรัฐอเมริกาในปีพ. ศ. 2508 มากกว่าการบริโภคสูงสุดในช่วงสงครามถึงแปดเท่า [67]

หลังจาก "การแก้ไขการกระทำของฮีเลียมปี 1960" (กฎหมายมหาชน 86–777) สำนักงานเหมืองแร่ของสหรัฐฯได้จัดให้มีโรงงานเอกชน 5 แห่งในการกู้ก๊าซฮีเลียมจากก๊าซธรรมชาติ สำหรับโครงการอนุรักษ์ฮีเลียมนี้สำนักได้สร้างท่อส่งน้ำมันระยะทาง 425 ไมล์ (684 กิโลเมตร) จากเมืองบุชตันรัฐแคนซัสเพื่อเชื่อมต่อพืชเหล่านั้นกับแหล่งก๊าซ Cliffside ของรัฐบาลที่หมดลงบางส่วนใกล้เมือง Amarillo รัฐเท็กซัส ส่วนผสมของฮีเลียม - ไนโตรเจนนี้ถูกฉีดและเก็บไว้ในแหล่งก๊าซ Cliffside จนกว่าจะถึงความจำเป็นซึ่งในเวลานั้นจะถูกทำให้บริสุทธิ์ต่อไป [68]

ภายในปี 1995 มีการรวบรวมก๊าซหนึ่งพันล้านลูกบาศก์เมตรและสำรองเป็นหนี้ 1.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐกระตุ้นให้สภาคองเกรสแห่งสหรัฐอเมริกาในปี 2539 ยุติการสำรอง [24] [69]พระราชบัญญัติการแปรรูปฮีเลียมที่เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2539 [70] (กฎหมายมหาชน 104–273) สั่งให้กระทรวงมหาดไทยของสหรัฐอเมริกาว่างสำรองโดยเริ่มขายภายในปี 2548 [71]

ฮีเลียมที่ผลิตระหว่างปี 1930 ถึง 1945 มีความบริสุทธิ์ประมาณ 98.3% (ไนโตรเจน 2%) ซึ่งเพียงพอสำหรับเรือเหาะ ในปีพ. ศ. 2488 มีการผลิตฮีเลียม 99.9% จำนวนเล็กน้อยเพื่อใช้ในการเชื่อม ภายในปีพ. ศ. 2492 มีการจำหน่ายฮีเลียมเกรด A 99.95% ในเชิงพาณิชย์ [72]

หลายปีที่ผ่านมาสหรัฐอเมริกาผลิตฮีเลียมที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์มากกว่า 90% ในขณะที่โรงงานสกัดในแคนาดาโปแลนด์รัสเซียและประเทศอื่น ๆ ผลิตส่วนที่เหลือ ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 โรงงานแห่งใหม่ในArzewประเทศแอลจีเรียซึ่งผลิตได้ 17 ล้านลูกบาศก์เมตร (600 ล้านลูกบาศก์ฟุต) ได้เริ่มดำเนินการโดยมีการผลิตเพียงพอที่จะครอบคลุมความต้องการทั้งหมดของยุโรป ในขณะเดียวกันภายในปี 2000 การบริโภคฮีเลียมในสหรัฐฯเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 15 ล้านกิโลกรัมต่อปี [73]ใน 2004-2006 พืชเพิ่มเติมในRas Laffan , กาตาร์และSkikda , ประเทศแอลจีเรียถูกสร้างขึ้น แอลจีเรียกลายเป็นผู้ผลิตฮีเลียมชั้นนำอันดับสองอย่างรวดเร็ว [74]ในช่วงเวลานี้ทั้งการบริโภคฮีเลียมและต้นทุนในการผลิตฮีเลียมเพิ่มขึ้น [75]ตั้งแต่ปี 2545 ถึง 2550 ราคาฮีเลียมเพิ่มขึ้นสองเท่า [76]

ณ ปี 2555แหล่งสำรองฮีเลียมแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาคิดเป็นร้อยละ 30 ของฮีเลียมของโลก [77]คาดว่าปริมาณสำรองจะหมดฮีเลียมในปี 2018 [77]อย่างไรก็ตามเรื่องนั้นร่างพระราชบัญญัติที่เสนอในวุฒิสภาสหรัฐอเมริกาจะอนุญาตให้กองหนุนขายก๊าซต่อไปได้ สำรองขนาดใหญ่อื่น ๆ อยู่ในHUGOTONในแคนซัส , สหรัฐอเมริกาและก๊าซใกล้เคียงแคนซัสและPanhandlesของเท็กซัสและโอคลาโฮมา โรงงานฮีเลียมแห่งใหม่มีกำหนดเปิดให้บริการในปี 2555 ในกาตาร์รัสเซียและรัฐไวโอมิงของสหรัฐฯแต่คาดว่าจะไม่สามารถบรรเทาปัญหาการขาดแคลนได้ [77]

ในปี 2013 กาตาร์ได้เริ่มต้นหน่วยฮีเลียมที่ใหญ่ที่สุดในโลก[78]แม้ว่าวิกฤตทางการทูตของกาตาร์ในปี 2560 จะส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อการผลิตฮีเลียมที่นั่น [79]ปี 2014 ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นปีแห่งการมีอุปทานมากเกินไปในธุรกิจฮีเลียมหลังจากหลายปีที่มีการขาดแคลนที่มีชื่อเสียง [80] Nasdaq รายงาน (2015) ว่าสำหรับAir Productsซึ่งเป็น บริษัท ระหว่างประเทศที่ขายก๊าซเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมปริมาณฮีเลียมยังคงอยู่ภายใต้แรงกดดันทางเศรษฐกิจเนื่องจากข้อ จำกัด ในการจัดหาวัตถุดิบ [81]