液体ヘリウムの性質と物理的特徴

ヘリウムは、-269 ℃（約4 K）という極低温で液体として存在する物質です。安定な同位体には大部分を占めるヘリウム4と希少なヘリウム3の2種類があり、それぞれの沸点や臨界点は異なります。1気圧、沸点におけるヘリウム4の密度は約125 g/lです。

物性研究において、超伝導体や高磁場電磁石を冷却するための寒剤として多用されています。そのため、規模の大きい大学や研究機関では、気化したヘリウムの回収配管と液化装置を備えていることが少なくありません。

液化の歴史と用途

1908年7月10日にオランダの物理学者ヘイケ・カメルリング・オネスによって初めて液化されました。当時は質量分析法が未発明であり、ヘリウム3は知られていませんでした。

現在では核磁気共鳴画像法（MRI）や脳磁図などに用いられる超伝導電磁石の冷却、低温物理学実験の冷媒として商業的に生産されています。ヘリウムはジュール＝トムソン効果を利用したハンプソン＝リンデサイクルによってのみ液化が可能です。

物理的性質と超流動

ヘリウム原子間の引力は非常に弱く、大気圧下では液化温度から絶対零度まで液体のままであり、固化には極低温と超高圧が必要です。液化温度より低い温度では、ヘリウム4もヘリウム3も超流動の状態に転移します。