ヘリウムの重要性
目からウロコの理科ラジオ ＃めかラジです。
こんにちは、目からウロコの理科ラジオ、通称めかラジをお送りします。
パーソナリティは、ヘリウムは分析でよく使いましたねーっていうカリウムと、
ヘリウム風船を見ると、ちょっと悲しくなるヒノエヒエと、
あんなに好きだった科学を何も覚えてない細胞です。
よろしくお願いします。
このラジオは、オンラインコミュニティ理系トークラボの話し好きの3人が、
身近にある科学の時事ネタ、歴史上の出来事を科学で読み解体する番組です。
ということで、今回はヘリウムの話をヒエさんがされるということで、ちょっとその話を最初の方に入れました。
ヘリウム風船を見ると悲しくなる。
悲しくなりますねー。
多分これ普通はピンとこないと思うんですけど、ヘリウムガスって貴重なんですよ。
高いらしいね。今は。前はもうちょっと安かった気がするんだけど。
どんどん高くなってるんで。
貴重なやつは、おもちゃじゃなくて、ちゃんと分析とか必要なところに使ってあげて。
ヘリウムガス使えなくなるよーって何が困るか。
MRI使えなくなるから、その計算できなくなるけど問題ないよねってなっちゃうんで、大変よろしくない。
風船、今もヘリウム使われてるんですかね?
多分使われてると思います。精査はやっぱり危ないので。
窒素だと浮かない?
浮かないはずです。
窒素が待機中の7割くらいなので、今後考えても多分そんなにアドバンテージがないから浮かないんじゃないかなー。
窒素単体だったら多分上に行くと思うんですけど、風船の素材自体、重さまで持ち上げる浮力が出ないんじゃないかなーって思います。
そういうことか。じゃあまだ風船、まだヘリウムか。
気ガスの種類と発見
ヘリウムが高くなったことによって、例えばアミューズメント関係の風船とかも随分高くなったとか、数が高くなったとかって話はあるよね。
見なくなりましたね。
中国とか海外の方は水素で代用してたりするっぽくて、もちろん事故が起こってますね。
起こるんだ。起こってるな、実際。
ということで、細胞さんはあんなに好きだった化学、今何も覚えてないわというお話ですが。
今回ヘリウムの話をするって聞いて、ヘリウムってなんだっけなーと思って、全然思い出せなくて。
高校時代はそうですね、化学選択で、化学選択ってすごい好きだったんですけどね。
原子とか分子とか陽子とか中性子とか、やっぱなんかすごい話聞いててめっちゃ綺麗だなって思うんですよ。
なんかすごい、なんていうか、美しいじゃないですか。
こんな風に一番最小単位のものができてるんだと思って、すっごい好きだったんですけど。
そこから何をどう思ったのか、今は全然違う分野にいるので。
今日はちょっと勉強させてもらいたいなと思います。
はい、そして私は昔分析の仕事をやってたんで、10年近くやってたんかなと思うんで。
ヘリウムって言ったら、例えば質量分析なんかのキャリアガフで使ったりとかしてたから。
なんでヘリウムが昔、47リットルのボンベが結構いっぱい使ってて、
前は数万円、2、3万円くらいだった気がするのが、それがいつの間にか倍くらいになったような記憶があるよなーなんて、
いうことを考えながら、今日ヘリウムの話を聞かせていただこうかと思っております。
はい、ということで、今回のメカラジもぜひ最後までお楽しみください。
はい、ということで、ヘリウムの話は、実はもうちょっと大きく見て、気ガスの話として話していく1パートになります。
ということで、まず気ガスについてちょっとお話ししていきます。
気ガスといえば、数年前に学習指導要領の改定で、気ガスが気ガスに変わりましたよね。
気ガスが気ガスっていうのは、漢字が違ってるって話だよね。
そうですね。声だけじゃわからない違い。
ちゃんと言うと、これ貴重な木って言ってもどっちになるので、
百の木、商兵が高い木から、貴金属の木、尊い貴族とかの木に変わったっていう感じですね。
気ガス、実は貴重なやつもあるんですけど、全然貴重じゃないやつが、
もう一つ、もうちょっとありまして、アルゴンって言うんですけど、
アルゴン、二酸化炭素より多いんですよね、空気中に含まれてるのが。
二酸化炭素って確か、大気中だと400ppm、今420とかって言われてるよね。
多分そうですね、あれだけ、産業革命以降に二酸化炭素が増えてるって言われてるのに、
それでも抜かされないぐらいは多い、全然貴重じゃないので。
そういうのもあって、IUパックが、ノーブルガスを解明するように、
2000年くらいだったかな?に勧告を出して、これをもとに日本科学会が教科書に書き換えたらどう?って、
教育委員会とかかな?に打診し続けて、最近ようやく、ちゃんと調べたら4年前でしたね、
今のノーブル貴族の方の気ガスに解明されました。
なるほど。4年前になるんだ。
4年前なんですよね。びっくりしました。まだ2年くらい前のつもりだったんですけど。
だんだんそうなってく。ちょっと前って言ってたのが10年前とかになっちゃう。
そうですよね。
でも一応、ノーブルになっても尊いって意味は変わらないんですね。貴族の木で尊いって書くのは変わんないんですね。
貴重ではあるので、ちょっと入手しづらいっていう意味でも。
なので、金とかと同じ、金属と同じ扱いでいいんじゃないかっていうことで、
木を、ノーブルの方を当てたみたいです。
なるほど。貴重ではなく貴重だと。
そういうことですね。
どっちも似たような意味だなと思っちゃうんですけど。
これは英語ベースなんで、多分そっちの意味合いの違いなんですかね。よくわかんないですけど。
日本語でも何とかしようとすると、こういうこと起こって面白いですよね。
面白いですね。
すごい余談ですが、IUPACの原子力委員会が日本で今年初めて開催されています。
されて終わったのか、まだこれからなのか、ちょっとよくわかんないですけど、されます。
IUPACっていうのは何の略だっけ。
えー、何でしたっけ。
いや、聞いたことはある。だけどこれ日本で開催されるのは初めてなんだ。
IUPACの中の原子力を決める原子力委員会の開催が日本で初めてだそうです。
なるほど。
多分他のやつはあると思います。
何とか委員会って色々あるわけだね、そこの。
IUPACはインターナショナルユニオンオブパー…
ピュアですかね。
ピュアアンドアプライドキャミストリー。
日本語だと国際純正応用科学連合だそうです。
なるほど。
高校生あたりだとわかるのが、何だっけ、有機化学の命名法とか。
ああ、はいはいはい。
IUPACが取り決めてますし、他で言うと100人とか、あの辺のあれ以降の人工放射性元素。
あれの命名権を決めたり、命名権を決めたチームが提出してきた命名を認可するのをIUPACがやってます。
化合物の体型名の命名法を全体で示す言葉っていうのがIUPAC命名法って書いてあるんだ。
なるほど。こういうところに色々出てくるわけですな。
そうですね。IUPACの命名法で物質名をやると、全部漏れなくきちんと区別できるやつが自動的に名前を付けれるんですけど、
身近なやつでも悲惨なことに名前が長くなったりするので、関用名っていう形でIUPACの名前じゃない名前がよく使われてたりします。
なるほど。自動的に付けられるだけですごく長くなっちゃうっていう話ね。
そうですね。めちゃくちゃ長くなりますね。
使いにくいよね。
使いにくいですね。
はい、余談は終わって本題に戻りましょう。
はい。
気ガス。これヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドンの6種類あります。
ラドンだけ放射性元素なんですけど。
この元素、基本的に化合物を使わない不活性ガスとしていろんな用途に使われてます。
最初にカリウムさんが言った分析の用途で使われてるっていうのは、主にガス黒とかですけど、
他の化合物と化合しないから分離した物質を運ぶのに適してるから、
途中で化合し合わないからよく使われてるっていうことですね。
あとはネオン管をはじめとする放電系の照明とかにも使われてますね。
どこかの会で、今年の化学の入手問題、ホタルとかのやつでありましたよね。
はい、あれ52回ですね。52回のドタバタをテーマにした化学系ポッドキャストで、
それでアルゴンのガス、アルゴンじゃないよ、ネオンの話をしたよね、確か。
しましたね。
科学者の業績
もう22回経ってる、すごい。
今年、最近月に4回更新してるので、倍の回数増やしてるから、その分ちょっとだいぶ前の話になっちゃう。
でもまだ今年の話です。
はい、ということで、このケガスどういう経緯で発見されているかを見ていくわけですが、
なんと面白いことに、この6種類、全部同じ科学者が発見に関わってます。
ということは、見つかった時代がだいたい同じということでいいのかな。
だいたい同じです。
それは後々誰かって分かるんで、順番に話していきましょう。
ということで、最初に話したヘリウム、どうやって見つかったか。
まず1868年8月に天文学者のジャンソン・ロッチャーが太陽公園、いわゆるプロミネンスを観測中に未知のスペクトルを発見したことから始まります。
この頃に今でいうプリズムによる文法みたいなのが発展してきたので、当時の科学者はこの辺りに興味関心があってやってたっていうことなんですけど、
これがパリ科学アカデミーの会合で報告されて、別の天文学者・シシーが当時知られている元素に該当しない一本のスペクトルをその未知のスペクトルから発見します。
ただその時はそれが本当に新元素なのか、単なる基地の元素の未知の化合物のスペクトルであるかという区別ははっきりしませんでした。
その後しばらく経って1895年にラムゼという方が大英博物館の従業員であるミイルスから、1890年頃にアメリカでトリウムやウランを含む鉱石を熱視すると、
未知のスペクトルが含まれる不活性の気体が発生する実験を手紙で紹介され知りました。
ヘリウムの発見
ラムゼはこれについてすぐ推しをしたところ、アルゴンや窒素ではないことがはっきりして、これが太陽光源から発見された未知の元素と同一のことが分かりました。
何を隠そう、このラムゼという方が気合数を全部発見に関わっている科学者であり、先にアルゴンとかを見つけていたので、推しをしてすぐに、
これはアルゴンじゃない、他知ってる奴じゃないという区別をつけることができたという経緯になります。
こうやって太陽から発見されたので、ギリシャ神話の太陽神ヘリオスから名前を取ってヘリウムと名付けられました。
当時よくあるギリシャ神話、ギリシャ語からの命名ですね。
あるね、そういうのいろいろ。
余談ですが、ラムゼが単位する前、今発見する前に、太陽光源から発見された未知の元素に対してヘリウムと名付けられていました。
たぶん未知の元素であろうと仮定されていたんですかね。
なんですけど、太陽光線と一致するということをラムゼはすぐ知ることはなかったので、先にクリプトという名前を付けていました。
ギリシャ語で隠されたという意味を持つみたいで、別のものに隠されてひっそりと文句をしないと見つからないという意味でクリプトンという名前を付けたんですけど、先にヘリウムという名前を付けられちゃっていたので、
使えないねということでヘリウムになり、そのクリプトンはちゃんと別で発見された未知の元素に対してクリプトンと名付けられて、今のクリプトンとなります。
ヘリウムという名前は元々他の人が考えてはいたんだって。
そうです。
ただそれは特定に至らなかったということなんですね。
そんな感じです。
価格発見し、命名者と発見者と単位者がバラッバラなことがあるのでややこしいので、なかなか大変なんですけど、そんな感じです。
クリプトンって実在するんですね。僕スーパーマンの中の架空のものだとしか思ってませんでした。
実際にクリプトンって言葉が使われてるんだ、科学で。
割と身近に使われてますよ。
クリプトン級とかあるじゃないですか、証明の。
分かんない分かんない。
あれクリプトン級に輸入されてるからですよ、確か。
そうなんだ、使われてるんだ。
本当にスーパーマンでしか聞いたことがない。
クリプトン級って出てくる。クリプトン星人よりもクリプトン級の方が上に出てくる。
クリプトン星人の方が身近なのに僕にとって。
そうなんだ。知らなかった。
勉強になります。
はい、ということで気が過ぎ、身近なところに意外とマイナーなやつにも使われてるってことで。
どこまで話したっけ。
ラドン以外のアルゴン、ネオン、クリプトン、ギセンはまとめて別の回で話します。
ラドンはちょっとまた特殊なので、他の回でまた別個で話したいと思います。
はい。
発見経緯がアルゴン、ネオン、クリプトン、ギセンは大体流れで発見されたんですけど、
ラドンはキュリーフジによる放射性元素の発見あたりからちょっとひも解いていきたいと思うので、また別の回で話したいと思います。
そうか、そこはキュリーフジが出てくるんだね。
まあ、放射性元素の存在を知らないとラドンが出てこれないので。
まあ、ちょっと裏覚えなので、もしかしたら間違ってること言ってるかもしれないですけど、今のところは。
まあ、それはまた後ほど。
後ほどお楽しみください。
はい。
もう少しLMについてお話ししていきます。
発見された話だけを聞いても、じゃあ今何に使われてるのっていう話になってしまうので、用途とかを話していくんですが。
ポートの挨拶でもちょっと話しましたが、途中でも触れましたね。
ヘリウム、空気よりも軽くて不活性のことから風船や飛行船に使われています。
今、飛行船ほぼ飛んでないので、どちらかというと、デパートの屋上から浮かび上がらせる、なんか、
アドバルーンですか?
アドバルーンですね。とかぐらいしか使われないんですけど。
あれももう最近見ないか。
見ないね。なかなか見ないね。
これ、もともと風船とか飛行船って水素が入れられてました?
水素一番軽いですからね。安価ですし。
ある時、大事故が起きました。
ヒンデブルク、爆発事故っていうものがありまして、
いろいろあって、引火しちゃって、
空気と混ざってるわけじゃなかったので、
なんちゃらって水素の爆発のやつあるじゃないですか?
名前が出てこない。
水素爆発じゃないのかな?
水素爆発が起こったわけじゃなくて、
水素が燃える感じ?時間をかけて。
っていう感じで燃えちゃって、だいぶ至上さを出しちゃったので、
他にもやっぱ、風船とかで引火する事故があったので、
危ないねってことになり、ヘリウムを置き換えました。
なるほど。
なんなら当時飛行船が主流だった空の世界は、
この事故を受けて飛行機が主流になっていきます。
ああ、そうか。
花飛ばすだけでよかったのに、大事故が起こっちゃうので、
じゃあちょっと厳しいけど、
飛行機を開発していった方がいろいろ安全そうだねって感じだったんですかね。
ヒンテンプルクークを静電気による放電による発火って書いてあるね。
重っ。
なるほど。
36人が亡くなっているって書いてあるね。
大事故ですね。
これは大事故ですね。
20世紀の世界を揺るがせた大事故の一つ。
ここにはタイタニック号とスペースシャトルチャレンジャーが入っています。
のレベルということですね。
同列だった。
あとヘリウム、遊びの用途といえば、
ヘリウムを吸って声変わって遊びますよね。
っていうのあるらしいね。やったことないけど。
あれも百均とか、最近百均で見ないな。
10年くらい前とか。
パーティーグッズとして売られてたりするんですけど、
あれは音の伝達速度が、
待機中とヘリウムを比べると、ヘリウムすごい速くなるんですよ。
速度が速くなると、声の振動数が高くなるんですよね。
なので声が変わって聞こえる。
というので、一発芸じゃないですけど、
その場のノリで楽しむのにはめちゃくちゃ面白いんですけど、
だからといって純ヘリウムを吸うのはやめましょうっていう。
あかんですよヘリウム。
一発で窒息死するので。
じゃあなんで市販のヘリウムスプレー大丈夫なのかというと、
ちゃんと酸素が、待機中の窒素と酸素の比と同じようにヘリウム4に対して酸素が1入ってるからです。
純ヘリウムだと酸素がないので酸欠ということになると。
酸欠しますね。
ウッてなって、コテンって言っちゃいます。
考えてみるのも当たり前ですけどね。
考えたことなかったな。
当たり前ですけど、人ってたまにアホなことをしでかすので。
そうですね。
アホなことをしでかす人はアホだからじゃないかって思うかもしれないですけど、
その時の著名な物理学者がみんな集まってやってた核放射能実験で、
ネットのおもちゃにされているデーモンコアとか、あの事故が起こったのはそれなので、
あれだけ著名な頭いい天才たちがあんなにいたのに、誰一人ドライバーでやるって分かってないっていう。
その人の知能を生むんではなく、人はそういうものなので。
ノリでね。
ノリでやっちゃうんですよね。
はい。
でもちゃんとヘリウムは、おもちゃとして遊ぶと危なかったりするんですけど、
温かくてすごく高かったり。
3乗とかでは何に使われてるかっていうと、液体ヘリウム、液状にするとなんと-269℃まで冷えるんです。
それ以下ですね。
なので、冒頭に言ったMRIだったりNMR、量子コンピューターとか、絶対冷度の研究によく使われてたりします。
だいぶ絶対冷度に近づく、近づいてるはずですね。
0.何ケルビンぐらいまでは近づいてた気がするんですけど。
NMRとか液体ヘリウムで冷やしてるわけですが、
室温ってだいたい25℃ぐらいじゃないですか。
はい。
ということは、295℃差があるんですよ。
そうよね。結構差がある。
なので、そうするとすぐ気発しちゃうので、それを防ぐために液体窒素、-196℃で保冷してます。
すごいですね。液体窒素、あんなに冷たいのに、まだそれでも液体ヘリウムと70℃の温度差があるんですよ。
だいぶぬくいんだけどね。
だいぶぬくいっていうか、人の手に熱湯をかけるようなもんなので。
熱いよね、絶対に。
熱いですね。
液体ヘリウムにとっては熱すぎる。
それでも常温よりはまだまだ暖かい。
まだマシ?
まだマシ。
大気と液体窒素の間と、液体窒素と液体ヘリウムの間には、サーモスの魔法瓶のような真空断熱はしてるんで、
そんなアルミニウムで一枚隔てた?みたいな感じではないんで、まだ大丈夫なんですけど。
ここまでして蒸発を抑えるのは、ヘリウムめちゃくちゃ高いからです。
高いよね。
ヘリウムの価格と危険性
高いです。
お急れと庶民が買えるもんじゃありません。
たぶんよく結婚指輪月の給料2ヶ月3ヶ月分って言いますが、本当にそれぐらいします。
婚約指輪か。
結婚指輪じゃなくて婚約指輪だな。
それぐらいします。
すごいですよね。
あの婚約指輪とヘリウムが同等の価値って。
結婚指輪じゃなくて、婚約指輪って消えないけどね、ヘリウム消えるからね。
消えますからね。
計測に関して解放されていくので。
ふわーって。
軽いからね。
なんで大量に使うところは回収機構がついてます、ちゃんと。
うちの大学にもついてます。
そうじゃないと採算が。
いちいち買ってたらね、全然間に合わないから。
間に合わない、破産しちゃいます。
ヘリウムの供給源
ちゃんと回収して、集めたところでもう一回圧縮かけて、あと純度もできるだけ高くなるように、いろいろゴソゴソしてるらしい。
このヘリウム、どこから取れるかっていうと、一部の天然ガス中に0.5から1%含まれてます。
なのでそこから天然ガスの生成分離過程で、ついでに分離生成してます。
1%あるかどうかの世界か。
1%あるかどうかです。条件がその天然ガスが存在してる地層の上の方がヘリウムを通さない岩石で思われてること。
そうだね。隙間があったら逃げちゃうからね。
逃げちゃうので。
限られてるっていう。
どんなやつがその地層になるんだろうな。ヘリウムなにか。
でも、高ければ大丈夫。固いものであれば大丈夫っぽいですね。
最近アメリカとかでよく聞くシェールガスとかは、あれはスッカスカらしいのね。
ダメなんだ。
どっか行っちゃってるみたいですね。
シェールガスが発見されて、そこから取りゃいいじゃんって話になったんだけど、そこからだとヘリウムガスはありませんという話になるんだ。
スッカスカなんだ。
やっぱりそうすると中東というところからちゃんと取ってきた方がまだヘリウム取れるんだけどっていう話なんかな。
そうですね。今見てるところだとアメリカ、カタール、アルゼリア、ポーランド、ロシアで生産されてますって書いてあるので。
あとアメリカはもう国内消費のみに回しちゃってるので。
回ってこないんだよね。
できないですね。2、30年前に保有してたヘリウムはロッキー山脈の地層に1回閉じ込めて保管するっていうすごいとんでもないこと言ってるんですけど、やってそこを地道に今使ってるって感じなので。
これ近いな。ヘリウムリッチガスが取れるエリアはこれ1個下の州ですね。僕が住んでる。これ2時間3時間ぐらいで行けそうな気がする。
行けるかなって別に何もできないんですけどね。
ここでヘリウムが取れるんだって。
そうなんだ。
割と近いとこにお住まいでした。
意外と。カンザスとオクラホマの間ですね。だから4時間5時間、5、6時間かかるな。
1%って少ないなと思ったんですけど、最初に出てきたアルゴンも空気中に0.93%でそこから生成分離してるって考えたら1%存在してくれれば多分科学的に分離生成って結構手軽にできるんですよね。
多分できそうな感じがします。
ちゃんとはまた別の回で話しますが、アルゴンとかは空気をひたすら冷やして分流してっていうのを繰り返してどんどん分離生成していくので。
液体になる音が違うってことか。
そうです。石油と同じです。温度の方向が逆なだけで。
そういう分離方法なの。ヘリウムは軽いから軽い方向で集めていくっていうことになると思うけど。
多分そうですね。実は日本にもヘリウムはあるみたいなんですけど、見てると0.1%とか。
桁がちょっと違った。
少なくても0.5%くらいしかないって多分採算が取れない。
そうね。日本にあっても採算取れないっていうのはいっぱいあるからね。
ありますね。日本で採算取れるやつは大体昭和ぐらいまで取り尽くしちゃってる感があるので。
そうよね。仕方ないなそれは。
ヘリウムどこから作られてるかっていうと、普通にウランとかの原子崩壊で生成されます。
なので勝手に作られていくんですけど、ビビタル量なのでそんな劇的な増加はないですね。
ただヘリウムの放射性同位体がマントルから来てるんじゃないかっていうことで、
そのあたりで地殻変動とか地震の予知とかに使えるんじゃないかっていろいろそういう研究にも使われてるみたいです。
ヘリウムと地震予知
地下物質として出てるから、発生してるってあれば地殻の割れ目から出てきて、
ヘリウムを究極に観測したときは地震によるものかもしれないっていう考え方があるわけだ。
なんか聞いたような気もするな。
はい、ということでそんなユムのお話でした。
はい、どうもありがとうございました。
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ということで今回のメカラジはここまでです。
お聞きくださりありがとうございました。
お相手はリケートグラボラジオ部、メカラジののえひえと、
相棒と、
カリウムでした。
さようなら。
次回もお楽しみに。
