גזים אציליים הם משפחה של יסודות נדירים המתאפיינים באינרטיות כימית; כלומר, הם לא מגיבים בקלות עם חומרים אחרים. מביניהם, ההליום הוא הקל ביותר והנפוץ ביותר: הוא היסוד השני הכי שכיח ביקום (הראשון הוא מימן). אולם על אף שכיחותו ביקום כולו, ההליום נדיר יחסית בכדור הארץ. הבעיה היא שהוא גם חומר חיוני בטכנולוגיה של ימינו - ושל המחר.
קר, קר, לא קפוא
הליום הוא היסוד השני בטבלה המחזורית, מה שאומר שיש שני פרוטונים בגרעין שלו. בכדור הארץ הוא מופיע בדרך כלל בצורת האיזוטופ הליום־4: המונח ״איזוטופ״ מתייחס למספר החלקיקים הכולל בגרעין האטום של יסוד כימי. בגרעין של הליום־4 יש שני נויטרונים ושני פרוטונים; בהליום־3, גרסה נדירה יותר של הליום, יש שני פרוטונים אבל רק נויטרון אחד.
בתמונה זו שסופקה על ידי נאס"א, צוות ארטמיס II תיעד את הנוף הזה של שקיעת כדור הארץ ביום שני, 6 באפריל 2026, בזמן שהם טסו סביב הירח | צילום: נאס"א דרך AP
בתור גז אציל, ההליום אידיאלי לשימוש כ"גז נושא" בתהליכים כימיים עדינים, מכיוון שהוא לא יכול לפגוע בהם או לשבש אותם. יתרון אחר שלו הוא שגם אם תקררו אותו מאוד, הוא יישאר במצב גזי. רק אם הוא קר יותר מ־268.9 מעלות מתחת לאפס, הוא יעבור למצבים נוזליים אך לא יקפא למוצק אלא בלחץ אדיר.
הכי מעניין
מאיפה הוא מגיע?
הליום־4 נוצר בכדור הארץ לאורך מיליארדי שנים, בהתפרקות רדיואקטיבית של יסודות רדיואקטיביים כמו אורניום ותוריום. רובו, בגלל משקלו הקל ואדישותו הכימית, עולה לאטמוספירה ומשם לחלל. מה שבכל זאת נותר על פני כדור הארץ נמצא כאן רק הודות למבנים גיאולוגיים נדירים שלוכדים אותו, יחד עם גז טבעי. רק שדות ספורים בעולם - בטקסס, בקטאר, באלג'יריה וברוסיה - מכילים מספיק הליום כדי להצדיק הפקה מסחרית שלו.
לעומתו, הליום־3 הוא תוצר של נשק גרעיני. בתוך כלי נשק גרעיניים, טריטיום, איזוטופ בלתי יציב של מימן, מתפרק והופך להליום־3. אחת לכמה שנים יש להוציא את ההליום מראשי נשק הגרעיניים, והתוצר נמכר לתעשייה האזרחית. בתום המלחמה הקרה פחת מספר ראשי הקרב הגרעיניים, ואיתו פחתה אספקת ההליום־3. זה היה נסבל כל עוד הביקוש של האיזוטופ היה נמוך, אבל זה משתנה.
אי אפשר בלי זה
הליום הכרחי בתהליכים תעשייתים ומדעיים רבים. נמנה כאן שניים מהם: מחשוב קוונטי וייצור שבבים מתקדמים. מחשבים קוונטיים הם דור חדש של מכונות חישוב, המשתמשות בתופעות ממכניקת הקוונטים כדי לערוך חישובים מקבילים מורכבים. לא אנסה להסביר איך הם עובדים, אבל די שאומר שהם מביאים איתם יכולות חדשות שמחשב סטנדרטי לא יכול ולעולם לא יוכל להביא. לדוגמה, הם יכולים לפרוץ הצפנות בלתי פתירות, או לייצר הדמיה מורכבת של התנהגותם של חלבונים בגוף האדם, ולסייע בפיתוח תרופות.
כדי לפעול, המחשבים הללו זקוקים לקירור עד קרוב לאפס המוחלט – לא אפס במעלות צלזיוס, אלא אפס קלווין (273 מעלות מתחת לאפס צלזיוס). לצורך קנה המידה: מחשבים קוונטיים מקוררים היום לטמפרטורות נמוכות יותר מהטמפרטורות בחלל החיצון. איך עושים זאת? יחידת הקירור של המחשב משתמשת בהליום־4 ובהליום־3 בתהליך מורכב, שמצליח להנמיך את הטמפרטורה עד קרוב לאפס המוחלט. שני האיזוטופים מעורבבים, ובתהליך פיזיקלי החום נשאב מן המערכת. בלי הליום־3 אין מחשוב קוונטי.
גם מחשבים רגילים זקוקים להליום, אבל בדרך אחרת. ייצור שבבים מתקדם נעשה כיום באמצעות קרניים אולטרה־סגולות, החורטות מבנים עדינים על מצע סיליקון. אם תשגרו את הקרניים דרך אוויר רגיל, הגזים יבלעו את הקרינה. לכן מכונות הליתוגרפיה משתמשות בהליום, והוא גם משמש כדי לקרר את מצע הסיליקון בזמן החריטה.
הליום מן הירח
הביקוש הגדל להליום־3 מביא לחיפוש אחר מקורות חדשים, ואחד מהם הוא הירח. בניגוד לכדור הארץ, הירח עשיר בהליום־3; השמש שולחת אליו הליום־3 כל הזמן (בכדור הארץ, האטמוספירה והשדה המגנטי מונעים מהמשלוחים הללו להגיע). לאורך מיליארדי שנים האיזוטופ הצטבר בקרקע הירח, נלכד בשכבות המינרלים בו, ועכשיו - עם הביקוש הגדל להליום־3 מצד חברות קירור - יש עניין מסחרי ואסטרטגי בכריית הליום מהירח. אם תהיתם למה סין וארה״ב מקיימות מרוץ בדרך להקמת בסיס בירח – זו אחת הסיבות.