Helium เป็นธาตุเคมีที่มีสัญลักษณ์ว่า He และมีเลขอะตอมเท่ากับ 2 ฮีเลียมเป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่เป็นพิษ เฉื่อย มีอะตอมเดี่ยวซึ่งถูกจัดให้อยู่ในหมู่แก๊สมีสกุลบนตารางธาตุ จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของฮีเลียม มีค่าต่ำสุดกว่าบรรดาธาตุทั้งหมดในตารางธาตุ และมันจะปรากฏในอยู่รูปของแก๊สเท่านั้น ยกเว้นในสภาวะที่เย็นยิ่งยวด ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ หรือคือ 0 องศาเคลวิน หรือ -273.15 องศาเซลเซียสที่ฮีเลียมจะกลายสภาพเป็นของเหลว, มีความหนาแน่นต่ำมาก, มีน้ำหนักเบากว่าอากาศ, และมีความสามารถให้การนำความร้อนสูง
เมื่อ ค.ศ. 1868 มีการค้นพบฮีเลียม ในบรรยากาศรอบดวงอาทิตย์ โดยการค้นพบของ Sir Joseph Norman Lockyer และ Pierre Jules César Janssen โดยที่ Pierre Jules César Janssen นั้นสังเกตุเห็นเส้นสเปกตรัมที่ดวงอาทิตย์ในวันสุริยุปราคาปี 1868 (ซึ่งเพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 4 ได้ทำนายไว้ได้อย่างแม่นยำจน สุริยุปราคาปีนั้นองค์กร NASA และสมาคมดาราศาตร์ไทย เรียกว่า The King of Siam's Eclipse) ได้ทำการทดลองโดยการส่องดวงอาทิตย์สังเกตเห็นเส้นสีเหลืองในสเปคตรัมของดวงอาทิตย์ ซึ่งไม่สอดคล้องกับธาตุใด ๆ ที่รู้จักกันบนโลก ซึ่ง Sir Joseph Norman Lockyer นั้นเป็นคนเดียวที่นำเสนอว่าเส้นสเปกตรัมนี้น่าจะเกิดมาจากธาตุใหม่ที่ยังไม่รู้จักในสมัยนั้น และใช้คำศัพท์ภาษากรีกที่เรียกดวงอาทิตย์ (เฮลิออส : Helios) มาตั้งชื่อธาตุนี้ ว่า ฮีเลียม (Helium) นอกจากนี้ Sir William Ramsay ได้ค้นพบฮีเลียมบนโลก (ค.ศ. 1895) โดยเป็นส่วนประกอบที่อยู่ในแร่ยูเรนิไนท์ ซึ่งมีเส้นสเปกตรัมตรงกับที่สังเกตจากดวงอาทิตย์ ซึ่งปัจจุบันแหล่งฮีเลียมธรรมชาติพบได้มากที่สุดในประเทศสหรัฐอเมริกา และยังเป็นซัพพลายเออร์ฮีเลียมรายใหญ่ที่สุดในโลกอีกด้วย
He ใช้กับงานอะไร
จากลักษณะพิเศษของ He นั้นทำให้เกิดการพัฒนาในวงการวิทยาศาตร์เป็นอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งวงการแพทย์ ซึ่งเราอาจจะพบเห็นการใช้งานของ He ได้ในหลายรูปแบบ ยกตัวอย่างเช่น
Commercial and Industrial Uses
การเชื่อมโลหะที่มีคุณสมบัตินำความร้อนสูง เช่น ทังสเตน, ทองแดง, หรืออลูมิเนียม อาจจะต้องใช้แก๊สฮีเลียมในการเชื่อมโลหะแทนอาร์กอนที่มีราคาถูกกว่า
การหาจุดรั่วในอุปกรณ์ที่ใช้สุญญากาศในการทำงาน
Recreational Use
บอลลูนหรือลูกโป่งลอยฟ้าที่เราเห็นกันนั้นมีแก๊ส He เป็นส่วนประกอบเป็นหลัก (ยกเว้น Hot Air Balloon) ซึ่งใช้แทนไฮโดรเจนที่เบากว่าอากาศเหมือนกัน แต่ไฮโดรเจนติดไฟและระเบิดได้ ตัวอย่างคือ LZ 129 Hindenburg
Scientific and Research Use
การใช้ Helium ในการส่งบอลลูนขึ้นสูงระดับชั้นบรรยากาศเพื่อใช่ในการอุตุนิยมวิทยา และในการพยากรณ์สภาพอากาศ
เครื่อง Cryogenic ที่ใช้แช่แข็งสิ่งของต่างๆที่อุณภูมิต่ำมากๆ เช่นเก็บตัวอย่างพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์หรือใกล้สูญพันธุ์
หล่อเย็นเครื่อง Large Hadron Collider
การวิจัยตัวนำยิ่งยวด
Medical Use
การทำ MRI ที่ต้องใช้ He ในการรักษาอุณภูมิเครื่อง MRI ขณะใช้งาน
การทำ Cryobiology สำหรับการวิจัยทางการแพทย์และเภสัชกรรม
He ใช้กับการดำน้ำตอนไหน?
สำหรับการดำน้ำลึกนั้น แก๊สอากาศปกติที่เราใช้หายใจนั้นจะมีส่วนประกอบหลักคือแก๊สไนโตรเจน และแก๊สออกซิเจน ซึ่งสำหรับการดำน้ำไม่ลึกมาก เราจะลดแก๊สไนโตรเจน โดยการเพิ่มออกซิเจนให้มากขึ้น ซึ่งเราจะเรียกแก๊สผสมนี้ว่า Enriched Air Nitrox นั่นเอง ซึ่งเราก็เรียกไนตร็อกสูตรต่างๆตามสัดส่วนแก๊สออกซิเจนที่แตกต่างไปในถังนั้นๆ
แต่แก๊สออกซิเจนเองนั้นก็มีผลเสียต่อร่างกายเมื่อมีมากจนเกินไปถ้าเกิน 1.6 ppO2 ดังนั้นเพื่อจะให้ดำน้ำได้ลึกขึ้น จึงมีหลักในการลดทั้งส่วนประกอบของแก๊สออกซิเจนและแก๊สไนโตรเจน โดยการเติมแก๊สฮีเลียม ที่ไม่ค่อยทำละลายลงในเนื้อเยื่อมนุษย์ อีกทั้งไม่มีพิษต่อระบบประสาทเหมือนกับแก๊สออกซิเจนที่ความดันสูง และโอกาสเมาแก๊สฮีเลียมก็ต่ำกว่าแก๊สไนโตรเจนอย่างชัดเจน แก๊สหายใจผสมนี้จะถูกเรียกว่า Trimix เพราะมีแก๊สผสมสามอย่างเข้าด้วยกัน
He แพงไหม?
สนนราคา He สำหรับการทำ Trimix นั้นแตกต่างไปตามสูตรของร้าน แต่สามารถยกตัวอย่างได้คร่าวๆเช่น ถัง He เกรด Ultra High Purity (99.999%) ขนาด 6 คิว นั้นอาจจะมีราคาอยู่ที่ 21,500 บาท (อ้างอิงราคาจากอินเตอร์เน็ต) ซึ่งแปลว่า เนื้อแก๊ส He 6,000 ลิตร จะมีราคาที่ 3.59 บาท/ลิตร
ถ้าหากเราต้องการดำน้ำความลึก 70 เมตร แบบถึงความลึกปุ๊ป แกว่งไดฟ์คอมพิวเตอร์สามที แล้วเดินทางกลับสู่ผิวน้ำปั๊ป (ค่าแก๊สจะได้ถูกที่สุด เพราะใช้น้อยที่สุด) นั้นจะต้องมี 1.44ppO2 ที่ 70 เมตร และต้องการกดการเมาก๊าซไนโตรเจน (Equivalent Narcotic Depth ที่ 32.5 เมตร) ก็คือ 3.16ppN2 ที่ 70 เมตร ก๊าซที่เหลือก็จะเป็น He ทั้งหมด ดังนั้นจากการคำนวนแก๊สผสม จะต้องมีออกซิเจน 18% และฮีเลียม 40% ที่เหลือเป็นไนโตรเจน หรือ TMX 18/40 นั่นเอง ถังดำน้ำถังคู่ (S80 สองใบ) มีปริมาตร 4400 ลิตร ต้องใช้แก๊สฮีเลียม 40% หรือ 1,760 ลิตร แล้วคูณราคา He ได้เลยที่ 3.59 บาท/ลิตร แปลว่าเฉพาะต้นทุน He นั้นจะอยู่ที่ 6,318.4 บาท (ตกแล้ว 3,159.2 บาท/ถัง) ไม่รวมค่าอัดแก๊ส และค่า Decompression Gas อื่นๆอีกด้วย และนั้นเป็นราคาต่อหนึ่งไดฟ์ ถ้าคิดเป็นราคาต่อ 1 ลมหายใจ ที่ 70 เมตร คือคือหายใจเข้าออกครั้งละประมาณ 120 บาทนั่นเอง
ถ้าลงลึกขึ้น ต้องใช้ He เพื่อกด N2 มากขึ้น ราคาก็จะเปลี่ยนไปตามสูตรชงของแต่ละร้าน เช่นถ้าจะลง 100 เมตรด้วย TMX 12/60 ก็แค่นับถังว่าจะใช้ S80 กี่ใบ แล้วก็คิดราคาไม่ต่ำกว่าใบละ 5,000 บาทไปได้เลย
He จะหมดโลกได้
ฮีเลียมแม้จะเป็นแก๊สที่พบได้ในโลกของเรา แต่เมื่อมันได้ถูกปล่อยสู่สภาวะแวดล้อมบนผิวโลกแล้วนั้น น้ำหนักของแก๊สที่เบากว่าอากาศจะลอยขึ้นไปสู่ชั้นบรรยากาศและหลุดออกไปนอกชั้นบรรยากาศสู่ห้วงอวกาศในที่สุด ทำให้เราไม่สามารถนำแก๊สฮีเลียมนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ถึงแม้ในเอกภพนี้นั้น ฮีเลียมเป็นแก๊สที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสองรองจากไฮโดรเจน แต่เทคโนโลยีปัจจุบันไม่สามารถนำแก๊สบนฟ้านำมาใช้ได้ แต่ต้องขุดจากดินขึ้นมา ซึ่งมีทรัพยากรค่อนข้างจำกัด ดังนั้นด้วยกลไกของอุปสงค์และอุปทาน ทำให้แก๊สฮีเลียมมีราคาสูง และมีความต้องการให้อุตสาหกรรม และการค้นคว้าและวิจัย รวมถึงการใช้ทางการแพทย์อีกด้วย
He ประหยัดได้
ฮีเลี่ยมที่มีราคาสูง สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ระหว่างการดำน้ำด้วยการใช้ Closed Circuit Rebreather แทนการใช้ Open Circuit เพื่อวนฮีเลียมกลับมาใช้ใหม่ ทำให้ค่าใช้จ่ายเนื้อแก๊สนั้นประหยัดลงอย่างมีนัยยะสำคัญ ซึ่งจะคุ้มค่ามากสำหรับนักสำรวจที่ชอบดำน้ำลึกๆ นานๆ และต้องอยู่ลึกกว่า 60 เมตรเป็นประจำ
จะลองใช้ He เรียนได้ที่ไหน
ที่ Blue Culture Diving สามารถสอน Recreational Trimix Diving ได้ผ่านหลักสูตร SSI Extended Range Trimix สำหรับผู้ที่ต้องการลองใช้ฮีเลียมในระยะความลึกที่ปลอดภัย และใช้แก๊สฮีเลียมที่ไม่มากจนเกินไป และงบประมาณเอื้อมถึงได้
แม้แก๊สฮีเลียมจะมีจำนวนจำกัด แต่ในการดำน้ำลึกนั้นก็ยังไม่มีแก๊สใดมาทดแทนได้ ซึ่งปัจจุบัน Richard Harris หนึ่งในทีมช่วยเหลือ 13 ชีวิตในถ้ำขุนน้ำนางนอน กำลังค้นคว้าและอยู่ทดลองการดำน้ำด้วยแก๊สพิเศษอีกประเภทหนึ่ง นั่นคือไฮโดรเจน ซึ่งอาจจะเป็นอนาคตของการดำน้ำลึกก็ได้ แต่ก็คงต้องระมัดระวังเรื่องการติดไฟและระเบิดมากขึ้นหลายเท่าตัว
Harris begins the first reported hydrogen rebreather dive, at New Zealand’s Pearse Resurgence in 2023. - SIMON MITCHELL
Comments