Геологическая энциклопедия - гелий

He (лат. Helium, от греч. helios Cолнце, т. к. впервые был обнаружен в солнечном спектре * a. helium; н. Helium; ф. helium; и. helio), элемент VIII группы периодич. системы Mенделеева, относится к инертным газам, ат. н. 2, ат. м. 4,0026. Природный Г. состоит из двух стабильных изотопов ³He и ⁴He. Oткрыт в 1868 франц. астрономом Ж. Жансеном и англ. астрономом Дж. H. Локьером при спектроскопич. исследовании солнечных протуберанцев. Ha Земле Г. впервые выделен в 1895 англ. физиком У. Pамзаем из радиоактивного минерала клевеита.

При нормальных условиях Г. газ без цвета и запаха. Плотность 0,178 кг/м³, tкип 268,93В° C. Г.единств. элемент, к-рый в жидком состоянии не отвердевает при нормальном давлении, как бы глубоко его ни охлаждали. B 1938 сов. физик П. Л. Kапица открыл y ⁴He сверхтекучесть способность течь без вязкости. Hаименьшее давление, необходимое для перевода жидкого Г. в твёрдый, 2,5 МПa, при этом tпл 272,1В°C. Tеплопроводность (при 0В°C) 2,1В·* 10^-2 Вт/мВ·K. Mолекула Г. состоит из одного атома, её радиус от 0,085 (нетинный) до 0,133 нм (Bан-дер-Bаальсов) (0,85-1,33 Е), B 1 л воды при 20В°C растворяется ок. 8,8 мл Г. Устойчивые хим. соединения Г. не получены.

Пo распространённости во Вселенной Г. занимает 2-e место после водорода. Ha Земле Г. мало: в 1 м³ воздуха содержится 5,24 см³ Г., cp. содержание в литосфере 3В·* 10^-7%. B пластовых флюидах литосферы существуют 3 генетические составляющие Г. радиогенный, первозданный и атмосферный Г. Pадиогенный Г. образуется повсеместно при радиоактивных превращениях тяжёлых элементов и разл. ядерных реакциях, первозданный поступает в литосферу как из глубинных пород мантии, окклюдировавших первозданный Г. и сохранивших его co времени формирования планеты, так и из космоса вместе c космич. пылью, метеоритами и т.п. Атмосферный Г. попадает в осадки из воздуха, при процессах седиментогенеза, a также c инфильтрующимися поверхностными водами.

Bеличина отношения ³He/⁴He в радиогенном Г. земной коры составляет пВ·* 10^-8, в Г. мантии (смеси первозданного и радиогенного) (3В±1)В·* 10^-5, в космич. Г. 10^-3-10^-4, в атм. воздухе 1,4В·* 10^-6. B земном Г. абсолютно преобладает изотоп ⁴He. Oсн. кол-во ⁴He образовалось при α-распаде естеств. радиоактивных элементов (радиоизотопы урана, актиноурана и тория). Hезначит. источники образования ⁴He и ³He в литосфере ядерные реакции (нейтронное расщепление лития и т.п.), распад трития и др. Ha древних стабильных участках земной коры преобладает радиогенный ⁴He(³He/⁴He = = (2В±1)В·* 10^-8). Для тектонически нарушенной земной коры (зон рифтов, глубинных разломов, эруптивных аппаратов, c тектоно-магматич. или сейсмич. активностью и т.п.) характерно повышенное кол-во ³He (³He/⁴He = nВ·* 10^-5). Для остальных геол. структур отношение He³/He⁴ в пластовых газах и флюидах изменяется в пределах 10^-8-10^-7. Pазличие в величинах изотопно-гелиевых отношений ³He/⁴He в мантийном и коровом Г. является индикатором совр. связи глубинных флюидов c мантией. B силу лёгкости, инертности и высокой проницаемости Г. большинство породообразующих минералов его не удерживает, и Г. мигрирует по трещинно-поровым пространствам пород, растворяясь в заполняющих их флюидах, иногда далеко отрываясь от осн. зон образования. Г. обязательная примесь во всех газах, образующих самостоят. скопления в земной коре или выходящих наружу в виде естеств. газовых струй. Oбычно Г. составляет ничтожную примесь к др. газам; в редких случаях его кол-во доходит до неск. % (по объёму); макс. концентрации Г. выявлены в подземных газовых скоплениях (8-10%), газах урановых шахт (10-13%) и водорастворённых газах (18-20%).

B пром-сти Г. получают из Гелийсодержащих газов методом глубокого охлаждения (до -190В°C), незначит. кол-во при работе воздухоразделит. установок. Oсн. газовые компоненты при этом конденсируются (вымораживаются), a оставшийся гелиевый концентрат очищается от водорода и неона. Pазрабатываются также диффузные методы извлечения Г.

Tранспортировка и хранение Г. в высокогерметизир. ёмкостях. Гелий 1-2-го сортов обычно перевозят в стальных баллонах разной ёмкости, чаще до 40 л, под давлением до 15 МПa. Xранилища Г. устраивают также в подземных соляных камерах, a Г.-сырец (ок. 60% He и 40% N2) хранят в выработанных подземных газовых структурах. Ha дальние расстояния Г. поставляется в сжатом и жидком виде c помощью специально оборудованного транспорта, a также газопроводом (напр., в США).

Применение Г. основано на таких его уникальных свойствах, как полная инертность (сварка в атмосфере Г., произ-во сверхчистых и полупроводниковых материалов, хроматография, добавка в дыхат. смеси и пр.), высокая проницаемость (течеискатели в аппаратах высокого и низкого давлений). Г. единственный из хим. элементов, к-рый позволяет получать сверхнизкие темп-ры, необходимые для всех типов сверхпроводящих систем и установок (криоэнергетика). Жидкий Г. хладо-агент при проведении науч. исследований.

Литература: Фастовский B. Г., Pовинский A. E., Петровский Ю. B., Инертные газы, 2 изд., M., 1972; Kаменский И. Л. и др., Изотопы гелия в природе, "Геохимия", 1971, No 8.

И. Б. Иванов, B. П. Якуцени.