हीलियम एक रासायनिक तत्व है जिसका प्रतीक He और परमाणु संख्या 2 है। यह एक दुर्लभ वायुमंडलीय गैस है, जो रंगहीन, स्वादहीन, अरुचिकर, गैर-विषैली, ज्वलनशील और जल में केवल अल्प घुलनशील है। वायुमंडल में हीलियम की सांद्रता आयतन प्रतिशत के अनुसार 5.24 x 10-4 है। इसका क्वथनांक और गलनांक किसी भी अन्य तत्व की तुलना में सबसे कम है, और यह अत्यधिक ठंडी परिस्थितियों को छोड़कर केवल गैस के रूप में ही पाया जाता है।

हीलियम का परिवहन मुख्यतः गैसीय या तरल हीलियम के रूप में किया जाता है और इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों, अर्धचालकों, लेजर, प्रकाश बल्ब, अतिचालकता, उपकरण, अर्धचालक और फाइबर ऑप्टिक्स, क्रायोजेनिक, एमआरआई और अनुसंधान एवं विकास प्रयोगशाला अनुसंधान में किया जाता है।

निम्न तापमान वाला ठंडा स्रोत

हीलियम का उपयोग क्रायोजेनिक शीतलन स्रोतों के लिए क्रायोजेनिक शीतलक के रूप में किया जाता है, जैसे चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई), परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी, सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कण त्वरक, बड़े हैड्रॉन कोलाइडर, इंटरफेरोमीटर (एसक्यूआईडी), इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ईएसआर) और सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय ऊर्जा भंडारण (एसएमईएस), एमएचडी सुपरकंडक्टिंग जेनरेटर, सुपरकंडक्टिंग सेंसर, पावर ट्रांसमिशन, मैग्लेव परिवहन, द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर, सुपरकंडक्टिंग चुंबक, मजबूत चुंबकीय क्षेत्र विभाजक, संलयन रिएक्टरों और अन्य क्रायोजेनिक शोध के लिए कुंडलाकार क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग चुंबक। हीलियम क्रायोजेनिक सुपरकंडक्टिंग सामग्री और चुंबक को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करता है

हीलियम का उपयोग अतिशीतलक के रूप में किया जाता है क्योंकि हीलियम का गलनांक और क्वथनांक सबसे कम होता है, यह वायुमंडलीय दाब और 0 K पर ठोस नहीं बनता, और हीलियम रासायनिक रूप से निष्क्रिय होता है, जिससे अन्य पदार्थों के साथ इसकी अभिक्रिया लगभग असंभव हो जाती है। इसके अतिरिक्त, 2.2 केल्विन से नीचे हीलियम अतिद्रव बन जाता है। अब तक, इस अद्वितीय अति-गतिशीलता का किसी भी औद्योगिक अनुप्रयोग में उपयोग नहीं किया गया है। 17 केल्विन से कम तापमान पर, क्रायोजेनिक स्रोत में शीतलक के रूप में हीलियम का कोई विकल्प नहीं है।

वैमानिकी और अंतरिक्षयानिकी

हीलियम का उपयोग गुब्बारों और हवाई जहाजों में भी किया जाता है। चूँकि हीलियम हवा से हल्का होता है, इसलिए हवाई जहाजों और गुब्बारों में हीलियम भरा जाता है। हीलियम का एक फायदा यह है कि यह ज्वलनशील नहीं होता, हालाँकि हाइड्रोजन अधिक उत्प्लावनशील होता है और झिल्ली से बाहर निकलने की उसकी दर कम होती है। इसका एक अन्य उपयोग रॉकेट तकनीक में है, जहाँ हीलियम का उपयोग भंडारण टैंकों में ईंधन और ऑक्सीकारक को विस्थापित करने और रॉकेट ईंधन बनाने के लिए हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को संघनित करने हेतु एक क्षति माध्यम के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग प्रक्षेपण से पहले ज़मीनी सहायक उपकरणों से ईंधन और ऑक्सीकारक को हटाने के लिए भी किया जा सकता है, और अंतरिक्ष यान में तरल हाइड्रोजन को पूर्व-शीतलन करने में भी किया जा सकता है। अपोलो कार्यक्रम में प्रयुक्त सैटर्न V रॉकेट को प्रक्षेपण के लिए लगभग 370,000 घन मीटर (13 मिलियन घन फीट) हीलियम की आवश्यकता थी।

पाइपलाइन रिसाव का पता लगाना और पता लगाने का विश्लेषण

हीलियम का एक अन्य औद्योगिक उपयोग रिसाव का पता लगाना है। रिसाव का पता लगाने का उपयोग तरल पदार्थों और गैसों से युक्त प्रणालियों में रिसाव का पता लगाने के लिए किया जाता है। चूँकि हीलियम ठोस पदार्थों में हवा की तुलना में तीन गुना तेज़ी से विसरित होता है, इसलिए इसका उपयोग उच्च-निर्वात उपकरणों (जैसे क्रायोजेनिक टैंक) और उच्च-दाब वाले बर्तनों में रिसाव का पता लगाने के लिए एक अनुरेखक गैस के रूप में किया जाता है। वस्तु को एक कक्ष में रखा जाता है, जिसे फिर खाली करके हीलियम से भर दिया जाता है। 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s) जितनी कम रिसाव दर पर भी, रिसाव से निकलने वाले हीलियम का पता एक संवेदनशील उपकरण (हीलियम द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर) द्वारा लगाया जा सकता है। मापन प्रक्रिया आमतौर पर स्वचालित होती है और इसे हीलियम एकीकरण परीक्षण कहा जाता है। एक और सरल विधि यह है कि संबंधित वस्तु को हीलियम से भर दिया जाए और एक हैंडहेल्ड उपकरण का उपयोग करके मैन्युअल रूप से रिसाव की खोज की जाए।

हीलियम का उपयोग रिसाव का पता लगाने के लिए किया जाता है क्योंकि यह सबसे छोटा अणु है और एकपरमाणुक अणु है, इसलिए हीलियम आसानी से लीक हो जाता है। रिसाव का पता लगाने के दौरान वस्तु में हीलियम गैस भरी जाती है, और यदि रिसाव होता है, तो हीलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर रिसाव के स्थान का पता लगाने में सक्षम होगा। हीलियम का उपयोग रॉकेट, ईंधन टैंक, हीट एक्सचेंजर, गैस लाइनों, इलेक्ट्रॉनिक्स, टेलीविजन ट्यूब और अन्य विनिर्माण घटकों में रिसाव का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। हीलियम का उपयोग करके रिसाव का पता लगाने की तकनीक का पहली बार मैनहट्टन परियोजना के दौरान यूरेनियम संवर्धन संयंत्रों में रिसाव का पता लगाने के लिए उपयोग किया गया था। रिसाव का पता लगाने वाले हीलियम को हाइड्रोजन, नाइट्रोजन या हाइड्रोजन और नाइट्रोजन के मिश्रण से बदला जा सकता है।

वेल्डिंग और धातु कार्य

हीलियम गैस का उपयोग आर्क वेल्डिंग और प्लाज़्मा आर्क वेल्डिंग में एक सुरक्षात्मक गैस के रूप में किया जाता है क्योंकि इसकी आयनीकरण स्थितिज ऊर्जा अन्य परमाणुओं की तुलना में अधिक होती है। वेल्ड के चारों ओर हीलियम गैस धातु को पिघली हुई अवस्था में ऑक्सीकरण से बचाती है। हीलियम की उच्च आयनीकरण स्थितिज ऊर्जा निर्माण, जहाज निर्माण और एयरोस्पेस में प्रयुक्त असमान धातुओं, जैसे टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, मैग्नीशियम और एल्युमीनियम मिश्रधातुओं, की प्लाज़्मा आर्क वेल्डिंग की अनुमति देती है। हालाँकि परिरक्षण गैस में हीलियम को आर्गन या हाइड्रोजन से प्रतिस्थापित किया जा सकता है, कुछ पदार्थों (जैसे टाइटेनियम हीलियम) को प्लाज़्मा आर्क वेल्डिंग के लिए प्रतिस्थापित नहीं किया जा सकता है। क्योंकि हीलियम एकमात्र ऐसी गैस है जो उच्च तापमान पर सुरक्षित है।

विकास के सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से एक स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग है। हीलियम एक अक्रिय गैस है, जिसका अर्थ है कि अन्य पदार्थों के संपर्क में आने पर यह किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया से नहीं गुजरती। वेल्डिंग सुरक्षा गैसों में यह विशेषता विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

हीलियम ऊष्मा का भी अच्छा संचालन करता है। यही कारण है कि इसका उपयोग आमतौर पर उन वेल्ड्स में किया जाता है जहाँ वेल्ड की नमनीयता बढ़ाने के लिए अधिक ऊष्मा की आवश्यकता होती है। हीलियम गति बढ़ाने के लिए भी उपयोगी है।

दोनों गैसों के अच्छे गुणों का पूरा लाभ उठाने के लिए, सुरक्षात्मक गैस मिश्रण में हीलियम को आमतौर पर आर्गन के साथ अलग-अलग मात्रा में मिलाया जाता है। उदाहरण के लिए, हीलियम वेल्डिंग के दौरान व्यापक और उथले प्रवेश मार्ग प्रदान करने में मदद करने के लिए एक सुरक्षात्मक गैस के रूप में कार्य करता है। लेकिन हीलियम, आर्गन जितनी सफाई प्रदान नहीं करता।

परिणामस्वरूप, धातु निर्माता अक्सर अपनी कार्य प्रक्रिया के एक भाग के रूप में आर्गन और हीलियम के मिश्रण पर विचार करते हैं। गैस-शील्ड धातु आर्क वेल्डिंग के लिए, हीलियम/आर्गन मिश्रण में गैस मिश्रण का 25% से 75% हीलियम हो सकता है। सुरक्षात्मक गैस मिश्रण की संरचना को समायोजित करके, वेल्डर वेल्ड के ऊष्मा वितरण को प्रभावित कर सकता है, जो बदले में वेल्ड धातु के अनुप्रस्थ काट के आकार और वेल्डिंग की गति को प्रभावित करता है।

इलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उद्योग

एक अक्रिय गैस होने के कारण, हीलियम इतना स्थिर है कि यह किसी भी अन्य तत्व के साथ शायद ही प्रतिक्रिया करता है। इसी गुण के कारण इसे आर्क वेल्डिंग में एक ढाल के रूप में इस्तेमाल किया जाता है (हवा में ऑक्सीजन के संदूषण को रोकने के लिए)। हीलियम के अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग भी हैं, जैसे अर्धचालक और ऑप्टिकल फाइबर निर्माण। इसके अलावा, यह गहरी गोताखोरी में नाइट्रोजन की जगह रक्तप्रवाह में नाइट्रोजन के बुलबुले बनने से रोक सकता है, जिससे गोताखोरी के दौरान होने वाली बीमारियों से बचाव होता है।

वैश्विक हीलियम बिक्री मात्रा (2016-2027)

वैश्विक हीलियम बाजार 2020 में 1825.37 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुँच गया और 2027 में 5.65% (2021-2027) की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर (CAGR) के साथ 2742.04 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुँचने की उम्मीद है। आने वाले वर्षों में उद्योग में भारी अनिश्चितता है। इस पत्र में 2021-2027 के लिए पूर्वानुमान आँकड़े पिछले कुछ वर्षों के ऐतिहासिक विकास, उद्योग विशेषज्ञों की राय और इस पत्र में विश्लेषकों की राय पर आधारित हैं।

हीलियम उद्योग अत्यधिक संकेंद्रित है, प्राकृतिक संसाधनों से प्राप्त होता है, और इसके वैश्विक निर्माता सीमित हैं, मुख्यतः संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, कतर और अल्जीरिया में। विश्व में, उपभोक्ता क्षेत्र संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन और यूरोप आदि में केंद्रित है। इस उद्योग में संयुक्त राज्य अमेरिका का एक लंबा इतिहास और अडिग स्थिति है।

कई कंपनियों के कई कारखाने होते हैं, लेकिन वे आमतौर पर अपने लक्षित उपभोक्ता बाज़ारों के पास नहीं होते। इसलिए, उत्पाद की परिवहन लागत ज़्यादा होती है।

पहले पाँच वर्षों से, उत्पादन बहुत धीमी गति से बढ़ा है। हीलियम एक गैर-नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत है, और उत्पादक देशों में इसके निरंतर उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए नीतियाँ मौजूद हैं। कुछ लोगों का अनुमान है कि भविष्य में हीलियम समाप्त हो जाएगा।

इस उद्योग में आयात और निर्यात का अनुपात बहुत ज़्यादा है। लगभग सभी देश हीलियम का उपयोग करते हैं, लेकिन कुछ ही देशों के पास हीलियम के भंडार हैं।

हीलियम के उपयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है और यह अधिक से अधिक क्षेत्रों में उपलब्ध होगा। प्राकृतिक संसाधनों की कमी को देखते हुए, भविष्य में हीलियम की मांग बढ़ने की संभावना है, जिसके लिए उपयुक्त विकल्पों की आवश्यकता होगी। हीलियम की कीमतें 2021 से 2026 तक बढ़ती रहने की उम्मीद है, जो 2020 में $13.53 प्रति घन मीटर (19.09 प्रति घन मीटर) से बढ़कर 2027 में $19.09 प्रति घन मीटर (19.09 प्रति घन मीटर) हो जाएगी।

यह उद्योग अर्थशास्त्र और नीतियों से प्रभावित होता है। जैसे-जैसे वैश्विक अर्थव्यवस्था में सुधार हो रहा है, ज़्यादा से ज़्यादा लोग पर्यावरण मानकों में सुधार को लेकर चिंतित हैं, खासकर बड़ी आबादी और तेज़ आर्थिक विकास वाले अविकसित क्षेत्रों में, हीलियम की माँग बढ़ेगी।

वर्तमान में, प्रमुख वैश्विक निर्माताओं में रैसगैस, लिंडे ग्रुप, एयर केमिकल, एक्सॉनमोबिल, एयर लिक्विड (डीजेड) और गज़प्रोम (आरयू) आदि शामिल हैं। 2020 में, शीर्ष 6 निर्माताओं की बिक्री हिस्सेदारी 74% से अधिक हो जाएगी। उम्मीद है कि अगले कुछ वर्षों में उद्योग में प्रतिस्पर्धा और तीव्र होगी।

एचएल क्रायोजेनिक उपकरण

तरल हीलियम संसाधनों की कमी और बढ़ती कीमत के कारण, इसके उपयोग और परिवहन प्रक्रिया में तरल हीलियम की हानि और पुनर्प्राप्ति को कम करना महत्वपूर्ण है।

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट, जिसकी स्थापना 1992 में हुई थी, एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड से संबद्ध एक ब्रांड है। एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट ग्राहकों की विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उच्च वैक्यूम इंसुलेटेड क्रायोजेनिक पाइपिंग सिस्टम और संबंधित सहायक उपकरणों के डिज़ाइन और निर्माण के लिए प्रतिबद्ध है। वैक्यूम इंसुलेटेड पाइप और लचीली नली उच्च वैक्यूम और बहु-परत बहु-स्क्रीन विशेष इंसुलेटेड सामग्रियों से निर्मित होती हैं, और अत्यंत कठोर तकनीकी उपचारों और उच्च वैक्यूम उपचार की एक श्रृंखला से गुज़रती हैं, जिसका उपयोग तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल आर्गन, तरल हाइड्रोजन, तरल हीलियम, तरलीकृत एथिलीन गैस (LEG) और तरलीकृत प्राकृतिक गैस (LNG) के स्थानांतरण के लिए किया जाता है।

एचएल क्रायोजेनिक उपकरण कंपनी में वैक्यूम जैकेटेड पाइप, वैक्यूम जैकेटेड नली, वैक्यूम जैकेटेड वाल्व और चरण विभाजक की उत्पाद श्रृंखला, जो अत्यंत सख्त तकनीकी उपचारों की एक श्रृंखला से गुज़री है, का उपयोग तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल आर्गन, तरल हाइड्रोजन, तरल हीलियम, एलईजी और एलएनजी के हस्तांतरण के लिए किया जाता है, और इन उत्पादों को वायु पृथक्करण, गैसों, विमानन, इलेक्ट्रॉनिक्स, सुपरकंडक्टर, चिप्स, स्वचालन असेंबली, खाद्य और पेय पदार्थ, फार्मेसी, अस्पताल, बायोबैंक, रबर, नई सामग्री निर्माण रासायनिक इंजीनियरिंग, लौह और इस्पात, और वैज्ञानिक अनुसंधान आदि उद्योगों में क्रायोजेनिक उपकरणों (जैसे क्रायोजेनिक टैंक, डेवर्स और कोल्डबॉक्स आदि) के लिए सेवित किया जाता है।

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी लिंडे, एयर लिक्विड, एयर प्रोडक्ट्स (एपी), प्रैक्सेयर, मेसर, बीओसी, इवाटानी और हांग्जो ऑक्सीजन प्लांट ग्रुप (हैंगयांग) आदि की योग्य आपूर्तिकर्ता/विक्रेता बन गई है।