ヘリウム He

発見の歴史

ヘリウムは、地球上より先に太陽で見つかったという珍しい元素です。1868年8月18日 の皆既日食の際、フランスの天文学者ジュール・ジャンサンは、太陽の紅炎(プロミネンス)のスペクトルに明るい黄色の線を観測しました。同じ年の後半、イギリスの天文学者ノーマン・ロッキャーがこの線を調べ、既知のどの元素からも生じえないと結論づけました。彼は化学者エドワード・フランクランドとともに、太陽の新元素を提唱しました。

その後30年近く、多くの化学者は懐疑的でした。ところが1895年、スコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼーがウラン鉱物クレーベ石を酸で処理して気体を集めたところ、そのスペクトルに同じ黄色の線が現れたのです。スウェーデンのペール・テオドール・クレーベとニルス・アブラハム・ラングレーも、ほぼ同じ時期に独立してこの気体を単離し、原子量を測定しました。

1903年には、カンザス州の天然ガスに大量のヘリウムが含まれていることが発見され、実験室の珍品が工業資源へと変わりました。ヘイケ・カメルリング・オネスは1908年に初めてヘリウムを液化し、それによって得られた極低温のおかげで、1911年に超伝導を発見しました。

名前の由来

名前はギリシャ語で太陽を意味する helios に由来します。この元素が最初に太陽光の中で検出されたからです。語尾の「-ium」はふつう金属に使われるもので、ロッキャーは新元素を金属だと考えてこの語尾を選びました。元素記号 He は名前の最初の2文字です。

主な用途

• 極低温技術: 液体ヘリウムは、MRI 装置や NMR 分光計、粒子加速器の超伝導磁石を冷却します。
• 浮揚ガス: 気象観測用気球や研究用気球、パーティー用の風船に詰められます。燃えないため、飛行船でも水素に代わって使われるようになりました。
• 呼吸用混合ガス: 深海に潜るダイバーは、窒素酔いを避けるためにヘリウムと酸素の混合ガスを使います。
• 製造業: 溶接やシリコン結晶の育成で不活性な保護ガスとなり、原子が小さく微細なすき間をすり抜けるため、漏れの検査にも使われます。
• 宇宙と科学: ロケットの燃料タンクを加圧し、高感度の検出器を冷却します。

同位体

ヘリウムには安定同位体が2つあります。ヘリウム4 は天然のヘリウムのほぼすべてを占めます。その原子核は放射性崩壊で放出されるアルファ粒子と同じもので、地殻中のヘリウムの大部分は数十億年をかけてこうして生み出されました。ヘリウム3 は地球上ではきわめて希少で、空気由来のヘリウムでは100万個に1個ほどしかありません。中性子検出器や、絶対零度からわずか数千分の1度の温度に達する希釈冷凍機に使われます。世界のヘリウム3の多くは、三重水素の崩壊から得られています。

身近なところで

ヘリウムは無毒ですが酸素を押しのけるため、ボンベから直接吸い込むと意識を失うおそれがあります。風船のガスを吸って声を高くする遊びも、危険がないわけではありません。声が変わるのは、ヘリウム中では音が空気中よりずっと速く伝わり、声道の共鳴がずれるためです。

地球上のヘリウムは有限な資源です。一度放出されると軽いために大気圏を抜けて宇宙へ逃げてしまいます。そのため特定の天然ガス田から採取され、可能な場合には回収・再利用されています。