हीलियम एक रासायनिक तत्व है जिसका प्रतीक He और परमाणु क्रमांक 2 है। यह एक दुर्लभ वायुमंडलीय गैस है, जो रंगहीन, स्वादहीन, विषैली और ज्वलनशील नहीं है, तथा जल में बहुत कम घुलनशील है। वायुमंडल में हीलियम की सांद्रता आयतन प्रतिशत के हिसाब से 5.24 x 10⁻⁴ है। इसका क्वथनांक और गलनांक किसी भी तत्व के सबसे कम है, और यह अत्यंत ठंडे वातावरण को छोड़कर केवल गैसीय अवस्था में ही मौजूद रहता है।

हीलियम को मुख्य रूप से गैसीय या तरल हीलियम के रूप में परिवहन किया जाता है और इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों, अर्धचालकों, लेजर, लाइट बल्ब, सुपरकंडक्टिविटी, इंस्ट्रूमेंटेशन, अर्धचालक और फाइबर ऑप्टिक्स, क्रायोजेनिक, एमआरआई और अनुसंधान एवं विकास प्रयोगशाला अनुसंधान में किया जाता है।

कम तापमान वाले ठंडे स्रोत

हीलियम का उपयोग क्रायोजेनिक शीतलन स्रोतों के लिए क्रायोजेनिक शीतलक के रूप में किया जाता है, जैसे कि चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (MRI), परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी, सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कण त्वरक, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर इंटरफेरोमीटर (SQUID), इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद (ESR) और सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय ऊर्जा भंडारण (SMES), MHD सुपरकंडक्टिंग जनरेटर, सुपरकंडक्टिंग सेंसर, विद्युत संचरण, मैग्लेव परिवहन, मास स्पेक्ट्रोमीटर, सुपरकंडक्टिंग चुंबक, प्रबल चुंबकीय क्षेत्र विभाजक, संलयन रिएक्टरों के लिए वलयाकार क्षेत्र सुपरकंडक्टिंग चुंबक और अन्य क्रायोजेनिक अनुसंधान। हीलियम क्रायोजेनिक सुपरकंडक्टिंग पदार्थों और चुंबकों को लगभग पूर्ण शून्य तापमान तक ठंडा करता है, जिस बिंदु पर सुपरकंडक्टर का प्रतिरोध अचानक शून्य हो जाता है। सुपरकंडक्टर का यह बहुत कम प्रतिरोध एक अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। अस्पतालों में उपयोग किए जाने वाले MRI उपकरणों के मामले में, प्रबल चुंबकीय क्षेत्र रेडियोग्राफिक छवियों में अधिक विवरण उत्पन्न करते हैं।

हीलियम का उपयोग सुपर कूलेंट के रूप में किया जाता है क्योंकि इसका गलनांक और क्वथनांक सबसे कम होता है, यह वायुमंडलीय दाब और 0 K पर जमता नहीं है, और रासायनिक रूप से निष्क्रिय होने के कारण अन्य पदार्थों के साथ इसकी प्रतिक्रिया लगभग असंभव है। इसके अलावा, 2.2 केल्विन से नीचे हीलियम अतितरल हो जाता है। अब तक, इसकी अद्वितीय अति-गतिशीलता का किसी भी औद्योगिक अनुप्रयोग में उपयोग नहीं किया गया है। 17 केल्विन से नीचे के तापमान पर, क्रायोजेनिक स्रोत में रेफ्रिजरेंट के रूप में हीलियम का कोई विकल्प नहीं है।

वैमानिकी और अंतरिक्षयानिकी

हीलियम का उपयोग गुब्बारों और हवाई जहाजों में भी किया जाता है। चूंकि हीलियम हवा से हल्की होती है, इसलिए हवाई जहाजों और गुब्बारों को हीलियम से भरा जाता है। हीलियम का लाभ यह है कि यह ज्वलनशील नहीं होती, हालांकि हाइड्रोजन अधिक उत्प्लावनशील होती है और झिल्ली से इसके निकलने की दर कम होती है। इसका एक अन्य उपयोग रॉकेट प्रौद्योगिकी में है, जहां हीलियम का उपयोग भंडारण टैंकों में ईंधन और ऑक्सीकारक को विस्थापित करने और रॉकेट ईंधन बनाने के लिए हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को संघनित करने के लिए एक माध्यम के रूप में किया जाता है। प्रक्षेपण से पहले जमीनी सहायता उपकरणों से ईंधन और ऑक्सीकारक को हटाने के लिए भी इसका उपयोग किया जा सकता है, और अंतरिक्ष यान में तरल हाइड्रोजन को पूर्व-शीतलित करने के लिए भी इसका उपयोग किया जा सकता है। अपोलो कार्यक्रम में उपयोग किए गए सैटर्न वी रॉकेट को प्रक्षेपण के लिए लगभग 370,000 घन मीटर (13 मिलियन घन फीट) हीलियम की आवश्यकता थी।

पाइपलाइन रिसाव का पता लगाना और उसका विश्लेषण करना

हीलियम का एक अन्य औद्योगिक उपयोग रिसाव का पता लगाना है। रिसाव का पता लगाने के लिए तरल और गैस युक्त प्रणालियों में रिसाव का पता लगाया जाता है। चूंकि हीलियम ठोस पदार्थों में हवा की तुलना में तीन गुना तेजी से फैलती है, इसलिए इसका उपयोग उच्च-निर्वात उपकरणों (जैसे क्रायोजेनिक टैंक) और उच्च-दबाव वाले पात्रों में रिसाव का पता लगाने के लिए ट्रेसर 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 मिलीबार•लीटर/सेकंड (10⁻¹⁰ पामीटर/मीटर³/सेकंड) जितनी कम रिसाव दर पर भी, रिसाव से निकलने वाली हीलियम का पता एक संवेदनशील उपकरण (हीलियम मास स्पेक्ट्रोमीटर) द्वारा लगाया जा सकता है। माप प्रक्रिया आमतौर पर स्वचालित होती है और इसे हीलियम एकीकरण परीक्षण कहा जाता है। एक अन्य, सरल विधि यह है कि संबंधित वस्तु को हीलियम से भर दिया जाए और हाथ से पकड़े जाने वाले उपकरण का उपयोग करके मैन्युअल रूप से रिसाव की खोज की जाए।

रिसाव का पता लगाने के लिए हीलियम का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह सबसे छोटा अणु है और एकपरमाण्विक अणु है, इसलिए हीलियम आसानी से रिस 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 होता है। हीलियम का उपयोग रॉकेट, ईंधन टैंक, हीट एक्सचेंजर, गैस लाइन, 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 का पहला प्रयोग मैनहट्टन परियोजना के दौरान यूरेनियम संवर्धन संयंत्रों में रिसाव का पता लगाने के लिए किया गया था। रिसाव का पता लगाने के लिए 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 प्लाज्मा आर्क वेल्डिंग में सुरक्षात्मक गैस के रूप में किया जाता है क्योंकि इसकी आयनीकरण क्षमता अन्य परमाणुओं की तुलना में अधिक होती है। वेल्ड के चारों ओर हीलियम गैस पिघली हुई अवस्था में धातु को ऑक्सीकरण से बचाती है। हीलियम की उच्च आयनीकरण क्षमता निर्माण, जहाज निर्माण और एयरोस्पेस में उपयोग होने वाली विभिन्न धातुओं, जैसे टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की प्लाज्मा आर्क वेल्डिंग को संभव बनाती है। हालांकि परिरक्षण गैस में हीलियम को आर्गन या हाइड्रोजन से बदला जा सकता है, लेकिन कुछ पदार्थों (जैसे टाइटेनियम हीलियम) को प्लाज्मा आर्क वेल्डिंग के लिए बदला नहीं जा सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि हीलियम ही एकमात्र ऐसी गैस है जो उच्च तापमान पर सुरक्षित रहती है।

स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग सबसे तेजी से विकसित हो रहे क्षेत्रों में से एक है। हीलियम एक अक्रिय गैस है, जिसका अर्थ है कि अन्य पदार्थों के संपर्क में आने पर यह कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं करती है। वेल्डिंग सुरक्षा गैसों में यह विशेषता विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

हीलियम ऊष्मा का अच्छा संवाहक भी है। यही कारण है कि वेल्ड की गीलापन क्षमता को बेहतर बनाने के लिए जहां अधिक ऊष्मा की आवश्यकता होती है, वहां इसका उपयोग आमतौर पर वेल्डिंग में किया जाता है। हीलियम वेल्डिंग की गति बढ़ाने में भी उपयोगी है।

सुरक्षात्मक गैस मिश्रण में हीलियम को आमतौर पर आर्गन के साथ अलग-अलग मात्रा में मिलाया जाता है ताकि दोनों गैसों के अच्छे गुणों का पूरा लाभ उठाया जा सके। उदाहरण के लिए, हीलियम एक सुरक्षात्मक गैस के रूप में काम करती है जिससे वेल्डिंग के दौरान व्यापक और कम गहरी पैठ बनाने में मदद मिलती है। लेकिन हीलियम वह सफाई प्रदान नहीं करती जो आर्गन करती है।

परिणामस्वरूप, धातु निर्माता अक्सर अपनी कार्य प्रक्रिया के हिस्से के रूप में आर्गन को हीलियम के साथ मिलाना उचित समझते हैं। गैस-शील्डेड मेटल आर्क वेल्डिंग में, हीलियम/आर्गन मिश्रण में हीलियम की मात्रा 25% से 75% तक हो सकती है। सुरक्षात्मक गैस मिश्रण की संरचना को समायोजित करके, वेल्डर वेल्ड की ऊष्मा वितरण को प्रभावित कर सकता है, जिससे वेल्ड धातु के अनुप्रस्थ काट का आकार और वेल्डिंग की गति प्रभावित होती है।

इलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उद्योग

हीलियम एक अक्रिय गैस है, जो इतनी स्थिर होती है कि यह अन्य तत्वों के साथ बहुत कम प्रतिक्रिया करती है। इसी गुण के कारण इसका उपयोग आर्क वेल्डिंग में शील्ड के रूप में किया जाता है (हवा में ऑक्सीजन के संदूषण को रोकने के लिए)। हीलियम के अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग भी हैं, जैसे सेमीकंडक्टर और ऑप्टिकल फाइबर निर्माण। इसके अलावा, गहरे पानी में गोताखोरी के दौरान यह नाइट्रोजन की जगह ले सकती है, जिससे रक्तप्रवाह में नाइट्रोजन के बुलबुले बनने से रोका जा सकता है और इस प्रकार गोताखोरी से होने वाली बीमारी से बचाव होता है।

वैश्विक हीलियम बिक्री मात्रा (2016-2027)

वैश्विक हीलियम बाजार 2020 में 1825.37 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच गया था और 2027 तक 2742.04 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने की उम्मीद है, जिसकी वार्षिक वृद्धि दर (CAGR) 5.65% (2021-2027) है। आने वाले वर्षों में इस उद्योग में काफी अनिश्चितता है। इस रिपोर्ट में 2021-2027 के लिए दिए गए पूर्वानुमान आंकड़े पिछले कुछ वर्षों के ऐतिहासिक विकास, उद्योग विशेषज्ञों और विश्लेषकों की राय पर आधारित हैं।

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

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

पहले पांच वर्षों के बाद से उत्पादन में बहुत धीमी वृद्धि हुई है। हीलियम एक गैर-नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत है, और उत्पादक देशों में इसके निरंतर उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए नीतियां लागू हैं। कुछ लोगों का अनुमान है कि भविष्य में हीलियम समाप्त हो जाएगी।

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

हीलियम के उपयोग की व्यापक श्रृंखला है और भविष्य में यह अधिकाधिक क्षेत्रों में उपलब्ध होगा। प्राकृतिक संसाधनों की कमी को देखते हुए, हीलियम की मांग में वृद्धि होने की संभावना है, जिसके लिए उपयुक्त विकल्पों की आवश्यकता होगी। हीलियम की कीमतों में 2021 से 2026 तक वृद्धि जारी रहने की उम्मीद है, जो 2020 में $13.53/m³ से बढ़कर 2027 में $19.09/m³ हो जाएगी।

यह उद्योग अर्थव्यवस्था और नीति से प्रभावित होता है। जैसे-जैसे वैश्विक अर्थव्यवस्था में सुधार हो रहा है, पर्यावरण मानकों में सुधार को लेकर लोगों की चिंता बढ़ती जा रही है, खासकर अविकसित क्षेत्रों में जहां बड़ी आबादी और तीव्र आर्थिक विकास है, हीलियम की मांग में वृद्धि होगी।

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

एचएल क्रायोजेनिक उपकरण

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

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट, जिसकी स्थापना 1992 में हुई थी, एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड का एक संबद्ध 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 डिजाइन और निर्माण के लिए प्रतिबद्ध है। वैक्यूम इंसुलेटेड पाइप और फ्लेक्सिबल होज़ उच्च वैक्यूम और बहु-परत मल्टी-स्क्रीन विशेष इंसुलेटेड सामग्रियों से निर्मित होते हैं, और अत्यंत कठोर तकनीकी प्रक्रियाओं और उच्च वैक्यूम उपचार से गुजरते हैं। इनका उपयोग तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल आर्गन, तरल हाइड्रोजन, तरल हीलियम, द्रवीकृत एथिलीन गैस (एलईजी) और द्रवीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) के स्थानांतरण के लिए किया जाता है।

एचएल क्रायोजेनिक इक्विपमेंट कंपनी द्वारा निर्मित वैक्यूम जैकेटेड पाइप, वैक्यूम जैकेटेड होज़, वैक्यूम जैकेटेड वाल्व और फेज़ सेपरेटर की उत्पाद श्रृंखला, जो अत्यंत कठोर तकनीकी प्रक्रियाओं से गुज़री है, का उपयोग तरल ऑक्सीजन, तरल नाइट्रोजन, तरल आर्गन, तरल हाइड्रोजन, तरल हीलियम, एलईजी और एलएनजी के स्थानांतरण के लिए किया जाता है। ये उत्पाद वायु पृथक्करण, गैस, विमानन, इलेक्ट्रॉनिक्स, सुपरकंडक्टर, चिप्स, स्वचालन असेंबली, खाद्य एवं पेय पदार्थ, फार्मेसी, अस्पताल, बायोबैंक, रबर, नई सामग्री निर्माण, रासायनिक अभियांत्रिकी, लोहा एवं इस्पात तथा वैज्ञानिक अनुसंधान आदि उद्योगों में क्रायोजेनिक उपकरणों (जैसे क्रायोजेनिक टैंक, ड्यूअर और कोल्डबॉक्स आदि) को सेवाएं प्रदान करते हैं।

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