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일본에서 추진하는 초고속 자기부상열차 리니어 츄오 신칸센이 열차가 선로에 헬륨을 쏟아부으면서 전진하는 시스템을 채택하고 있다. 이 때문에 헬륨 과다 사용 논란이 불거졌다. | 일본에서 추진하는 초고속 자기부상열차 리니어 츄오 신칸센이 열차가 선로에 헬륨을 쏟아부으면서 전진하는 시스템을 채택하고 있다. 이 때문에 헬륨 과다 사용 논란이 불거졌다. | ||
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2021년 7월 14일 (수) 17:17 판
헬륨(helium)은 원소 주기율표 상에서 1주기 18족에 속하는 비활성 기체로 우주에서 수소 다음으로 많이 분포하는 원소이다. 단원자 기체로 반응성이 거의 없어 비활성 기체라고도 하며 무색무취로 지구 대기상에는 매우 미량으로 존재한다.
그리스의 티탄족 태양신 헬리오스의 이름을 따왔다. 태양신의 이름을 따온 이유는 1868년 프랑스 천문학자 피에르 장센이 태양 일식에서 그 존재를 발견했기 때문이다. 지구상에서는 1905년 캔자스 대학교 화학과에서 최초로 추출하는 데 성공했다.
목차
개요
화학 원소로 He 로 표현되며 원자번호가 2인 원소로 무색, 무취, 무미, 무독성, 불활성 기체이다. 대부분이 질량수 2인 헬륨이며 질량수가 다른 동위원소로는 질량수가 3인 ³He과 4인 ⁴He이 있다. 현재까지 알려진 화학 원소 중 끓는점이 가장 낮으며, 상압에서는 영점 에너지로 인하여 절대영도 (-273.15 ℃)에서도 액체 상태로 존재할 수 있으며, 이러한 성질로 인해 고체, 액체, 기체가 공존하는 상태인 삼중점이 없는 자연계 유일한 원소이다. 단, 액체 헬륨의 동위원소는 일정 온도 및 압력 하에서 고체로 존재할 수 있다.
18족의 원소들은 단원자분자이며 화학적 성질은 매우 비활성으로 대부분의 다른 원소와 반응하지 않아 비활성 기체로 불리 운다. 헬륨은 상온에서 기체로 수소 다음으로 가벼우며 색과 냄새가 없으며 알려진 모든 원소 중에서 가장 반응성이 작고 이론적인 이상기체에 가장 가까운 원소라고 할 수 있다. 그러나 우주에서는 수소 다음으로 풍부한 원소로 은하계 전체원소 중 무려 약 23 %를 차지한다. 대부분의 헬륨은 빅뱅 이후 1-3 분 동안에 빅뱅 핵 합성 반응에 의해 형성되었다고 보고된다.
태양은 3/4이 수소 (H), 1/4이 헬륨 (He)으로 구성된 거대한 가스의 집합체로, 그 중심부에 자리 잡고 있는 핵에서 핵 융합 반응(질량수 1인 두개의 수소 원자가 서로 결합하여 질량수 2인 헬륨으로 변하는 반응)이 일어나고 있으며 가스 형태로 이루어진 행성들도 수소와 헬륨이 전체의 대부분을 차지하고 있다. 하지만 지구의 대기 중에는 0.0000524 %로 굉장히 미량이 존재하고 있다. 지구 생성 초기에는 많은 양의 헬륨이 존재했으나, 대기의 약 78%를 차지하는 질소와 달리 대부분의 헬륨 원자는 지구의 역사 초기에 우주로 방출되었다. 기체 방정식에 따르면, 기체의 이동속도는 질량이 작을수록 크기 때문에 가벼운 헬륨 원자(He)는 무거운 질소 분자(N₂)보다 평균적으로 훨씬 빠르게 움직일 수 있고 그 속도가 지구의 중력을 벗어날 수 있는 속도 범위까지 갈 수 있기에 현재 지구 대기에는 거의 남아있지 않다.
1868년 레이에(G. Rayet)와 포그슨(N. R. Pogson)을 비롯한 여러 과학자는 일식이 진행되는 동안 태양 빛에 노란색 스펙트럼이 나타나는 것을 감지하였다. 이후 프랑스의 천문학자인 얀센(J. Jassen)이 이를 재확인하고, 1868년 스펙트럼선을 기록하였다. 동시대 영국의 로키어(N. Lockyer)도 이를 관측하여 새 원소로부터 나오는 선이라 주장하였고, 그 원소를 헬륨이라 칭하였기에, 헬륨 원소를 감지한 공로는 얀센과 로키어가 공동으로 갖게 되었다.
공식적인 헬륨 원소의 발견은 1895년에 스웨덴 화학자 클레베(P. T. Cleve)와 랭글렛(N. A. Langlet)이 우라늄 광석인 클레베아이트(cleveite)로부터 발생하는 헬륨을 포착함으로써 이루어졌다. 하지만 램지(W. Ramsay) 경은 이 광석으로부터 헬륨을 최초로 정제 분리하였다. 한편, 1903년에 미국의 천연가스 생산지에서 거대한 헬륨 원천이 발견되었다.
헬륨은 산업적으로 주로 초전도 자석의 극저온 냉각제로 사용하고, 용접이나 누출 감지에 쓰이며, 실생활에서는 공기보다 밀도가 작아 풍선이나 비행선에 주입하거나, 순간적인 목소리 변조에 쓰인다. ⁴He는 헬륨 I과 헬륨 II와 같은 두 종류의 액체상을 갖는데, 이 두 상의 거동은 양자 역학 연구나 절대 온도 0K에 가까운 물질에서 발생하는 초전도 현상을 고찰하는 데 중요하다.
현재 지구 대기에 헬륨은 비교적 적게 분포된 편으로서 부피 비로 5.2ppm 정도를 차지한다. 이들 대부분은 방사성 원소(토륨, 우라늄 등)의 자연 방사성 붕괴에 의해 방출되는 알파 입자가 ⁴He 핵으로 이루어져 있기에 생성되는 것이다. 예전에 지구에서 헬륨이 일단 대기 중에 방출되면 우주로 날아가기 때문에 재생할 수 없는 물질로 여겨져 고갈될 것으로 여겨졌다. 그러나 최근 연구에 의하면 방사성 붕괴에 의해 지구 깊숙이에서 생성된 헬륨은 기대보다 더 많이 존재하며 여기에는 화산 활동에서 방출되는 것도 있다고 한다.
역사
- 과학적 발견
헬륨은 1868년 8월 태양의 채층(chromosphere) 스펙트럼에서 587.49nm의 파장을 갖는 노란색 선으로써 처음 관측되었다. 프랑스의 천문학자 얀센은 이 선을 소듐에 의한 것으로 오인하였으나, 같은 해 10월 영국의 천문학자 로키어가 새로운 원소로부터 나오는 선이라고 결론지었다.
로키어는 이 원소를 그리스어로 태양을 뜻하는 'helios'를 따서 헬륨으로 명명하였다. 헬륨을 최초로 정제한 사람은 램지 경인데, 1895년 그는 클레베아이트 광석을 황산으로 처리하여 헬륨을 정제하고 분리해 내었고, 이 기체로부터 D3 선에 해당하는 밝은 노란색 선을 확인하였다. 미국의 지질화학자 힐브랜드(W. F. Hillebrand)가 램지 경보다 먼저 이 선을 발견하였으나, 그는 이를 질소에 의한 선으로 오인하였으며, 흥미롭게도 그는 램지 경에게 헬륨 분리 발견에 대한 축하 편지를 보냈다. 같은 해 스웨덴의 화학자 클레베와 랭글렛은 헬륨을 충분히 모아서 원자량을 측정하는 데 성공하였다.
1907년 러더포드(E. Rutherford)와 로이즈(T. Royds)는 알파 입자가 진공관에서 방전함으로써 얻은 새로운 내부 기체의 스펙트럼으로부터, 이 입자가 바로 헬륨 핵이라는 것을 입증하였다. 1908년 네덜란드의 물리학자 오너스(H. K. Onnes)는 1K 이하로 기체를 냉각시켜 헬륨을 액화시키는 데 성공하였다. 그는 이를 더욱 냉각시켜 고체화하려 하였으나, 대기압에서 고체를 얻는 데에는 실패하였다. 그 뒤로 그의 제자 키즘(W. H. Keesom)이 1926년에 외부 압력을 더 가하여 헬륨 1cm³을 고체화하는 데 성공하였다.
헬륨 채굴
대기에 있는 헬륨은 토륨, 우라늄의 알파붕괴의 산물이며 땅속에 갈라진 틈이나 모래의 틈에서 서서히 빠져나와 대기를 형성한다. 보통 핵분열로 인해 발생하는 α선에 의해 만들어진다.
대기에서는 농도가 매우 낮아 주로 천연가스에서 추출하는 데 단가는 높은 편. 우라늄이나 토륨 등의 핵분열로 생성된 알파선이 천연가스에 모이고 이것을 이용하는 것이다. 헬륨은 가벼워서 대기권에 노출되면 느린 시간에 걸쳐 빠져나가지만 원자의 부피가 크기 때문에 천연가스 구처럼 땅 속에 갇혀 있는 경우엔 대기에 노출되기 전까지는 계속 땅 속에 갇혀 있게 된다. 유전에 따라서는 상당히 많은 양의 헬륨이 포함된 곳도 있다.
천연가스와 같이 채취할 수 있는 헬륨의 매장량 중 경제성 있는 헬륨의 매장량은 대략 현재 170만 톤이고 비경제적이지만 그래도 충분히 추출할 수 있는 양은 500만 톤에 근접한다. 하지만 연간 3만 톤씩 추출하고 있으므로 대략 60년 후면 고갈 위기. 또한 매년 2~5%씩 헬륨 사용량이 증가하고 있어 실제로는 30년 내로 고갈될 수 있다. 핵융합 발전이 상용화된다 해도 사정은 크게 변하지 않는다. 핵융합 발전소에서 수소 기체를 1만 톤 단위로 소모하지는 않기 때문이다. 게다가 핵융합 발전에 필요한 초전도체의 유지를 위해 자체적으로 소모되는 분량이 있으므로 핵융합 발전이 이루어진다 해도 이 문제가 손쉽게 해결되기는 어렵다.
과거 천연가스가 생성될 때 우라늄과 토륨이 농축된 광석 주위에서 생성된 천연가스가 헬륨을 포함할 확률이 높다. 그냥 일반적인 지하에서 생성된 천연가스는 헬륨이 극소량으로 차라리 없다고 하는 게 낫다. 즉, 천연가스의 매장량은 많지만 헬륨을 포함한 천연가스의 구를 계산한 매장량은 그보다 적다. 물론 좋은 구가 발견되면 헬륨 매장량은 더 늘어날 수 있다. 아주아주 농축된 천연가스 구에서는 하나의 구에서 헬륨이 10만 톤까지 나온 경우도 있으며 어떤 구에서는 천연가스 대 헬륨 부피가 7~15%까지 농축된 경우도 있다.
특성
헬륨 원자의 슈뢰딩거 방정식은 정확하게 풀어낼 수 없고, 현재까지 양자 역학적으로 참값에 2% 이내로 근접한 원자 모델을 만들어 낼 수 있었다. 이 모델에 의하면 헬륨의 각 전자는 다른 전자에 의해 핵이 가려져서 유효 핵전하(effective nuclear charge)가 2보다 작은 1.69 정도로 알려졌다.
헬륨 전자구름 상태는 에너지가 낮고, 안정하여 화학적으로 불활성임을 뒷받침한다. 또한 헬륨 원자가 다른 헬륨 원자와 상호 작용을 하지 않아 원소 중에서 가장 낮은 녹는점과 끓는점을 갖는다.
헬륨은 네온 다음으로 반응성이 가장 작은 기체이며, 표준 조건에서 단원자 분자로 존재한다. 한편, 헬륨은 원자량이 적어 수소를 제외하고는 열 전도성, 비열, 기체상의 음속이 다른 기체보다 모두 크다. 아울러 헬륨은 공기보다 고체를 통과해 확산하는 속도가 3배 빠르며, 이는 수소의 확산 속도의 약 65%에 해당한다.
기체 헬륨
헬륨은 네온 다음으로 반응성이 가장 작은 기체이며, 표준 조건에서 단원자 분자로 존재한다. 한편, 헬륨은 원자량이 적어 수소를 제외하고는 열 전도성, 비열, 기체상의 음속이 다른 기체보다 모두 크다. 아울러 헬륨은 공기보다 고체를 통해 확산하는 속도가 3배 빠르며, 이는 수소의 확산 속도의 약 65%에 해당한다. 헬륨은 물에 가장 용해되지 않는 기체 중의 하나이며, 굴절률은 1에 가깝다.
액체와 고체 헬륨
액화된 헬륨은 단순한 액체일 뿐만 아니라 초유체(super fluidity) 점까지 냉각시킬 수 있다. 유리그릇에 담겨 끓고 있던 액체 헬륨 온도를 더욱 낮추면 갑자기 끓는 것이 멈추고 유리그릇 아래로 액체 헬륨이 흘러 떨어진다. 이는 액체 헬륨이 유리 벽을 타고 올라와 넘치기 때문이다.
다른 원소와는 다르게 헬륨은 정상 압력에서 절대온도 0K까지 액체로 남아 있을 것으로 예상된다. 이는 양자 역학의 직접적인 효과로써, 계의 영점 에너지가 너무 높아 응고될 수 없기 때문이다. 고체 헬륨이 되려면 1~1.5K 온도와 2.5 MPa의 압력이 필요하다. 고체 헬륨은 액체 헬륨과 굴절률이 거의 같기에 이 두 상을 구별하기 어렵다. 고체는 결정을 이루고 있으며, 아주 명확한 녹는점을 갖지만, 압축하기 쉬워 실험실에서 30% 이상 부피를 줄일 수 있으며, 약 27 MPa에서 물보다 100배가량 압축성이 좋다. 상온에서 고체를 만들기 위해서는 약 114,000기압이 필요하다.
헬륨 I
4.22K의 끓는점 이하와 2.1768K의 람다 점(lambda point, 정상 유체인 헬륨 I이 초유체인 헬륨 II로 변화하는 점) 이상에서는 동위원소 ⁴He가 정상적인 무색의 액체 상태로 존재하고 이를 헬륨 I이라고 한다. 다른 극저온 액체와 마찬가지로 헬륨 I은 가열하면 끓고, 온도가 낮아지면 수축한다. 반면에 람다 점 이하에서는 헬륨이 끓지 않고, 온도를 더 낮추면 오히려 팽창한다.
헬륨 II
람다 점 이하의 액체 헬륨을 일컫는 헬륨 II는 특별한 성질을 가지는데, 열 전도성이 매우 커서 끓게 되면 기체가 발생하지 않고 표면으로부터 직접 증발한다. ³He도 초유체 상을 가지지만 이는 더 낮은 온도에서만 가능하다. 결과적으로 이 동위원소의 성질에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 일반적인 액체와는 다르게 헬륨 II는 표면을 타고 올라와서 결과적으로 표면을 같은 높이로 만들 수 있다.
헬륨 II는 특이한 성질을 가진 물질의 양자 역학적 상태를 가진 초유체로서 10⁻⁷~10⁻⁸m 만큼 가는 모세관을 통과할 때에는 점성도가 거의 없지만 두 개의 움직이는 디스크 사이에서는 기체 헬륨에 버금가는 점성도를 갖는다. 현재까지 이 현상은 두 유체 모델(two-fluid model)로 설명하는데, 이 모델에서 람다 점 이하의 액체 헬륨은 바닥 상태의 헬륨 원자를 일정량 포함하고 있어 정확하게 영의 점성도를 갖고 흐르는 초유체이며, 들뜬 상태의 헬륨 원자들은 일반적인 유체와 유사하게 거동한다고 생각한다.
헬륨 II의 열 전도성은 알려진 그 어떤 물질보다 커서 헬륨 I의 백만 배이며, 구리의 수백 배에 이른다. 이는 열전도가 예외적인 양자 메커니즘에 의해 일어나기 때문이다. 열을 전도하는 대부분 물질은 열을 이동시키기 위해 자유 전자에 의한 원자가 띠(valence band)를 갖지만, 헬륨 II는 그러한 원자가 띠가 없지만 열을 잘 전도한다. 열 흐름이 공기 중의 음속을 특정하는 파동 방정식과 유사한 식에 의해 결정되는데, 열이 유입되면 헬륨 II를 통과하는 데 1.8K에서 초당 20m의 속도로 파동처럼 이동한다.
이용
공기보다 가볍기 때문에 비행선이나 풍선 안에 채워넣는 기체로 사용된다. 수소가 더 가볍고 싸긴 하나, 화기와 접촉 시 폭발과 화재의 위험이 있기 때문에 수소보단 무겁지만 안전한 헬륨을 사용하는 것이다. 수소의 부력이 헬륨보다 겨우 8% 정도 더 큰 것도 한 가지 원인이다. 독일의 유명한 비행선인 힌덴부르크호의 참사도 수소가스를 사용한 것이 큰 원인이었다. 원래 힌덴부르크호는 헬륨가스를 쓰도록 설계했는데 당시 최대의 헬륨공급처인 미국과 독일의 관계가 악화되던 중이라 미국에서 헬륨을 수출하지 않아서 그냥 수소로 채우고 갔다가 이러한 참사가 발생한 것이다. 표면의 알루미늄이 테르밋으로 작용한 이유도 있지만, 애초에 헬륨만을 썼더라면 폭발 및 그로 인한 대화재는 결코 없었을 것이다.
하지만 갈수록 희소해져가는 물질이기 때문에 비행선 제작은 물론 헬륨 풍선까지 규제해야 한다는 목소리가 점점 커져가고 있는데, 엎친데 덮친격으로 헬륨은 재료를 투과하는 성질이 있어서 설령 기낭안에 아무리 단단하게 밀봉한다 하더라도 언젠가는 빠져나가서 손실되어버린다. 헬륨 비행선을 한번 만들었다고 그걸로 끝이 아니라 비행선에서 서서히 빠져나가는 헬륨을 정기적으로 추가 보충해줘야 하므로 유지비도 많이 들 뿐더러 헬륨을 낭비하는 꼴이 된다. 그러므로 헬륨 비행선조차도 갈수록 기피되어 가는것이다. 이 때문에 21세기 들어서 비행선은 수소를 넣되 무인기로 만들어 설령 사고가 일어나도 인명피해가 없도록 하는 방향으로 만들어지고 있다.
일반적인 인식과는 달리, 실제로 헬륨가스의 사용처 중 풍선에 사용되는 경우는 얼마 되지 않는다. 2019년 기준 세계 헬륨가스 사용량 중 17%만이 부력을 내기 위한 용도로 사용된다. 이 중 절반은 기상관측 풍선과 비행선용이고, 파티용 풍선으로 사용되는 경우는 전체의 8%정도가 전부이다.
심해 같은 고압의 환경에서 작업하는 잠수부들의 질소 대체 가스로 사용되기도 한다. 고압에서 기체의 분압이 높아져도 질소에 비해 혈액에 용해되는 정도가 매우 낮기 때문에 압력을 낮출 때 생길 수 있는 잠수병을 막을 수 있다. 물론 헬륨의 가격은 질소와는 비교할 수 없을 정도로 비싸기 때문에 깊은 수심까지 잠수할 경우에만 사용한다.(트라이믹스,헬리옥스)
최근에는 8TB 이상의 대용량 하드디스크에도 헬륨이 충전된다. 플래터를 추가해서 용량을 늘리다 보면 공기와 플래터의 마찰, 즉 공기저항과 이에 따른 발열 또한 증가하게 되고 이게 심해지면 마찰이 진동으로 전달되어 헤드가 진동하다가 플래터를 긁어버리거나 과열이 일어나서 데이터가 손상되는 일까지 일어날 수 있으나 헬륨은 공기보다 가볍고 밀도도 낮기 때문에 플래터의 갯수를 늘리면서도 저항이 매우 적어지고 발열도 현저히 줄어들며 모터의 출력도 낮출 수 있게 되어 소비전력까지 절감할 수 있다.
또한 액체 헬륨은 초전도 전자석의 초전도 현상을 위한 냉각제로서 많은 곳에 사용되고 있다. 대표적으로 MRI 등이 액체 헬륨을 냉각제로 사용한다.
한때, 기술로는 액화가 안 되던 헬륨이 최후의 영구기체로 여겨졌으나 기술이 발전하면서 헬륨도 액화가 가능하면서 영구기체의 개념이 재정의 되었다.
1기압에서는 절대영도(약 -273.15도)까지 내리더라도 고체헬륨을 만들 수 없다. 녹는점이 25기압일 때 절대영도에 가까운 -272도라서 그렇다. 즉, 극저온이라도 압력을 높여야만 고체 헬륨이 형성되는 것. 목성의 중심부 등 아주 특이한 환경을 제외하면 고체 헬륨을 실험실 밖에서 볼 수는 없다.
안정적 동위원소로는 헬륨3(³He)와 헬륨4(⁴He)가 있는데 지구에는 거의 헬륨4뿐이지만 달표면에는 태양풍으로 날아와 쌓인 헬륨3가 비교적 풍부하다고 알려져 있다. 그런데 지구에서는 헬륨3을 만들기가 매우 어려우며 주요 매장지 역시 미국과 러시아가 보유한 핵탄두 저장시설에서 극소량만이 생산된다. 연간생산량은 2.3kg 정도로, 주로 핵탄두 내부의 우라늄이 자연붕괴를 일으킬 때 부산물로 생기는 헬륨3을 포집하는 방식이다. 그나마 현재에는 그 생산량이 점점 줄어드는 실정. 중성자 검출 등 상당한 수요가 있고 헬륨3는 가장 이상적인 핵융합 발전의 연료이므로 유망한 미래의 에너지 자원으로 여겨져서 SF 소설이나 우주개발 제안 등에서 달표면의 핼륨3를 채취하여 지구로 가져오자는 주장도 있다. 현재 미국, 러시아, 중국 등이 경쟁적으로 달탐사 계획을 추진중인데 달기지를 건설하는 계획외에 달표면에 널리고 널린 이리듐과같은 희토류와 헬륨3를 먼저 선점하기위한 이유도 포함된다. 물론 소행성에서도 헬륨3가 무궁무진하긴 하다.
달에 존재하는 헬륨3(³He)는 이미 20세기에 달탐사가 이루어졌지만 21세기 시점에서 다시금 달탐사 계획이 추진되고 있는 여러 이유들 중 하나이기도 하다. 핵융합 연료로서의 가능성 때문인데, 지구 상에서 얻을 수 있는 핵융합 연료인 중수소나 삼중수소에 비해서 좀 더 깨끗하고 방사능 폐기물의 생성 역시 보다 억제된 핵융합 반응을 얻을 수 있기에 중수소나 삼중수소 대신 헬륨3를 핵융합 연료로서 사용한다면 보다 안전하고 쓰기 편한 핵융합로를 만들 수 있게 되기 때문이다. 그렇기 때문에 헬륨3는 상기한 대로 가장 이상적인 핵융합 연료로 손꼽히지만, 아쉽게도 지구 상에서는 얻기 힘든 물질이기도 하므로 우주개발을 통해서 채굴해야할 필요성이 있다. 그래도 다행스러운 것은 지구에서 그렇게까지 멀지 않은 달에 헬륨3가 비교적 풍부하게 존재한다는 것. 추정치로는 100만톤이지만 정밀탐사를 실시한다면 이보다 더 많을 수도 있다. 다만 이 경우 운송비가 너무 비싸서 매장량이 아무리 많아봐야 현대 우주 기술 수준으로는 상업성이 전혀 없다는 문제가 있다.
고농도의 헬륨기체는 가끔 스마트폰 같은 전자기기나 정밀기기를 일시적으로 고장을 내기도 한다. 기체 수소와 함께 분자 크기가 매우 작아서 다른 기체들은 통과하지 못하는 전자부품의 플라스틱 등 봉지재에 스며들수 있는데 이때문에 고도의 진공이 유지되어야 하는 MEMS 등 기계-전자부품이나 정밀장비에 스며들어 오동작을 일으킨다. 수리하는 법은 그냥 공기중에 며칠 방치하면 다시 스며나와 저절로 정상화 된다.
일본에서 추진하는 초고속 자기부상열차 리니어 츄오 신칸센이 열차가 선로에 헬륨을 쏟아부으면서 전진하는 시스템을 채택하고 있다. 이 때문에 헬륨 과다 사용 논란이 불거졌다.
헬륨 화합물
헬륨은 비활성 기체이지만 화합물이 존재한다. 대표적으로, 우주 초기에 만들어진 최초의 산이라고 생각되는 수소 이온화 헬륨(HeH⁺)이 있고, 그 외에도 리튬 헬륨 화합물(LiHe), 헬륨 이량체(He₂)가 존재한다.
헬륨의 안정성
표준 조건에서 중성인 헬륨은 무독성이며 생물학적 역할은 없고 인체 혈액 속에 미량 존재한다. 헬륨에서의 음속은 공기에서보다 3배 정도여서 헬륨을 들이마시면 목소리의 공명 진동수가 증가하여 이상한 목소리가 난다. 그러나 헬륨을 과량으로 흡입하는 것은 헬륨이 통상적인 호흡에 필요한 산소를 대체하여 질식제로 작용하므로 유해하다.
극저온의 헬륨에 대한 안전성 문제는 액체 질소의 경우와 다르지 않다. 매우 낮은 온도는 동상을 유발하며 액체에서 기체로 팽창할 때 압력 배출 장치가 없으면 폭발을 일으킬 수도 있다. 5~10K의 헬륨 기체 용기는 조심스럽게 취급되어야 하는데, 10K 이하의 헬륨 기체가 상온으로 데워지면 급속하고 큰 열팽창이 발생하기 때문이다.
20기압 이상의 고압 헬륨과 산소의 혼합물(heliox)은 고압 신경증후군, 역 마취 효과 등을 일으킬 수 있어 이 혼합물에 소량을 질소를 넣어 부작용을 줄이기도 한다.
참고자료
같이 보기
