الكشف عن تسرب الهيليوم: تطبيقات أساسية في صناعات الطيران والفضاء والطاقة والإلكترونيات

الهيليوم: الغاز الأمثل للكشف الآمن والحساس عن التسربات

نظراً لخواصه الكيميائية الخاملة، وطبيعته الأخف من الهواء، وخصائصه كغاز عديم اللون والرائحة وغير سام وغير قابل للاشتعال بنقطة غليان تبلغ -268.9 درجة مئوية،الهيليوميوفر نظام كشف تسرب الهيليوم مستوى أمان تشغيلي أعلى بكثير مقارنةً بالهيدروجين. وقد توسع نطاق استخدام هذا النظام من المؤسسات البحثية إلى الشركات الصناعية وحتى الشركات الفردية، مما يدل على فائدته الواسعة والمتنامية.

أولاً: صناعة الطيران والفضاء والتكنولوجيا المتقدمة

1. محركات الصواريخ: تُستخدم مطيافات الكتلة الهيليومية بتقنية تجمع بين مجسات استشعار الضغط الموجب واختبار غطاء الهيليوم. يُحسّن هذا بشكل ملحوظ حساسية كشف التسرب، مما يضمن جودة المحرك. تتضمن فحوصات تسرب جسم الصاروخ مجسات استشعار، وأغطية هيليوم، وطرق تجميع، وتقنيات أخرى. تُعزز هذه المنهجية المتقدمة الحساسية، متجاوزةً قيود طرق الاستشعار الأساسية.

2. جهاز محاكاة بيئة الفضاء KM6: يتميز هذا المرفق الضخم بغرفة تفريغ رئيسية (قطرها 12 مترًا، وارتفاعها 22 مترًا)، وغرف مساعدة، ووحدات طاقم، بإجمالي حجم 3500 متر مكعب. يتضمن هيكله المعقد آلاف الأمتار من الوصلات الملحومة. ويُستخدم اختبار تسرب مطياف الكتلة بالهيليوم تحت ضغط سلبي. تُغلق كل وصلة لحام داخل صندوق اختبار متصل بنظام ضخ مخصص لتحقيق مستوى منخفض من الفراغ. يؤدي إدخال الهيليوم إلى الصندوق إلى زيادة تركيزه وضغطه بالنسبة للمطياف، مما يزيد بشكل فعال من حساسية الكشف.

3. المركبات الفضائية والأقمار الصناعية والصمامات والإلكترونيات وأجهزة الاستشعار: تُستخدم مطيافات كتلة الهيليوم وتقنيات اختبار التسرب المرتبطة بها على نطاق واسع للمكونات الموجودة في المركبات الفضائية والأقمار الصناعية والصمامات المختلفة والمكونات الإلكترونية وأجهزة الاستشعار.

ثانياً: صناعة الطاقة

تُعدّ قواطع الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي المعزولة بغاز سادس فلوريد الكبريت (SF6) ومانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك (ZnO) مكونات بالغة الأهمية في محطات توليد الطاقة وشبكات النقل. ويمكن أن تتسبب التسريبات في انقطاعات واسعة النطاق أو محلية للتيار الكهربائي، مما يعطل الإنتاج الصناعي والحياة اليومية، ويؤدي إلى خسائر اقتصادية فادحة، غالباً ما تكون لا تُحصى.

1. محطات الطاقة والمعدات: تعتبر مطيافات الكتلة الهيليومية الخيار المفضل لاختبار التسرب في محطات الطاقة، وتحديداً للمحولات عالية الجهد والمكثفات وأنابيب قواطع الدائرة والمكونات الحرجة الأخرى، باستخدام طرق مختلفة مصممة خصيصاً.

2. مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك (ZnO): تُصنع هذه المانعات بتكديس أقراص أكسيد الزنك (يتم اختيارها بناءً على تصنيف الجهد، والمقطع العرضي، والسماكة، والكمية) داخل غلاف خزفي، ثم يُملأ هذا الغلاف بالنيتروجين ويُغلق بإحكام. آلية العمل: أثناء حدوث صاعقة أو زيادة في الجهد، تنخفض مقاومة أقراص أكسيد الزنك بشكل حاد، مما يؤدي إلى تحويل التيار العالي إلى الأرض وحماية خط النقل. في حال حدوث تسرب يتسبب في انخفاض الضغط الداخلي، يمكن للهواء الرطب الخارجي أن يتسرب إلى الداخل. هذه الرطوبة تُضعف خصائص أقراص أكسيد الزنك، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفاجئ وانهيار كارثي (انفجار).

3. لوحات التوزيع الكهربائية ذات الجهد العالي: غالبًا ما تحتوي القطع المصبوبة من الألومنيوم داخل العلب على مسامية (ثقوب انكماش دقيقة). قد تكون مسارات التسرب هذه معقدة ويصعب اكتشافها. الحل الشائع هو طريقة غطاء الهيليوم: تفريغ قطعة الاختبار، ثم إحاطتها بغاز الهيليوم، وقياس معدل دخول الهيليوم بعد فترة زمنية محددة. تستخدم هذه الطريقة كمية قليلة من الهيليوم مع توفير حساسية عالية للكشف.

ثالثاً: صناعة الإلكترونيات

يعد اكتشاف تسرب الهيليوم أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لـ: أنابيب الميكروويف، وأنابيب التفريغ، والترانزستورات، والدوائر المتكاملة (ICs)، والمرحلات المغلقة، وأجهزة الاستشعار المختلفة، والأجهزة الطبية القابلة للزرع مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب.

رابعاً: أنظمة الفراغ، والأجهزة، والتطبيقات الرئيسية الأخرى

• المكونات: الأنابيب، والوصلات، والصمامات، والمفاصل المرنة.

• المعدات: مضخات تفريغ متنوعة، مشعبات عادم، مجاهر إلكترونية، مطياف كتلة، أنظمة طباعة حجرية بشعاع الإلكترون/شعاع الأيون، فواصل نظائر الليزر، مسرعات عالية الطاقة، مسرعات طبية، مسرعات إشعاعية، آلات طلاء، مقاييس تفريغ الأغشية الرقيقة.

• السلع الاستهلاكية: قوارير حافظة للحرارة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، أغطية زجاجات، أغطية أواني، علب غداء.

• التبريد: الثلاجات، ومكيفات الهواء، ومبردات الامتصاص (LiBr)، وأنظمة تكييف الهواء للسيارات، والمبخرات، والمكثفات، والضواغط، وخزانات التخزين المبردة.

• الصناعة النووية: معدات تخصيب اليورانيوم، وأوعية التخزين، ومكونات محطات الطاقة النووية.