ヘリウムは、元素記号He、原子番号2の化学元素です。無色、無味、無毒性、不燃性で、水にわずかに溶ける、大気中に存在する希少な気体です。大気中のヘリウム濃度は、体積比で5.24×10⁻⁴パーセントです。あらゆる元素の中で最も沸点と融点が低く、極低温条件下を除いては気体としてのみ存在します。

ヘリウムは主に気体または液体のヘリウムとして輸送され、原子炉、半導体、レーザー、電球、超伝導、計測機器、半導体および光ファイバー、極低温、MRI、研究開発ラボの研究などに利用されている。

低温冷却源

ヘリウムは、磁気共鳴画像法（MRI）、核磁気共鳴（NMR）分光法、超伝導量子粒子加速器、大型ハドロン衝突型加速器、SQUID干渉計、電子スピン共鳴（ESR）および超伝導磁気エネルギー貯蔵（SMES）、MHD超伝導発電機、超伝導センサー、送電、磁気浮上式鉄道、質量分析計、超伝導磁石、強力磁場分離器、核融合炉用環状磁場超伝導磁石、その他の極低温研究など、極低温冷却源の冷却材として使用されます。ヘリウムは極低温超伝導材料や磁石を絶対零度近くまで冷却し、その時点で超伝導体の抵抗が突然ゼロになります。超伝導体の抵抗が非常に低いと、より強力な磁場が発生します。病院で使用されるMRI装置の場合、磁場が強いほど、X線画像に詳細な情報が得られます。

ヘリウムは、融点と沸点が最も低く、大気圧および0 Kでも凝固せず、化学的に不活性であるため他の物質と反応することがほとんどないため、超冷却剤として使用されています。さらに、ヘリウムは2.2 K以下で超流動状態になります。これまで、この特異な超流動性は産業用途で活用されていませんでした。17 K以下の温度では、極低温源における冷媒としてヘリウムに代わるものはありません。

航空宇宙工学

ヘリウムは気球や飛行船にも使用されます。ヘリウムは空気より軽いため、飛行船や気球にはヘリウムが充填されます。ヘリウムは不燃性という利点がありますが、水素の方が浮力が高く、膜からの漏出率も低いという利点があります。もう一つの二次的な用途はロケット技術で、ヘリウムは貯蔵タンク内の燃料と酸化剤を置換するためのロス媒体として、また水素と酸素を凝縮してロケット燃料を作るために使用されます。打ち上げ前に地上支援機器から燃料と酸化剤を取り除くためにも使用でき、宇宙船内の液体水素を予冷することもできます。アポロ計画で使用されたサターンVロケットでは、打ち上げに約37万立方メートル（1300万立方フィート）のヘリウムが必要でした。

パイプライン漏洩検知および検知分析

ヘリウムのもう一つの工業用途は、漏洩検知です。漏洩検知は、液体や気体を含むシステムの漏洩を検出するために使用されます。ヘリウムは空気よりも固体中を3倍速く拡散するため、高真空装置（極低温タンクなど）や高圧容器の漏洩を検出するためのトレーサーガスとして使用されます。対象物をチャンバーに入れ、チャンバーを真空にしてヘリウムを充填します。10⁻⁹ mbar・L/s（10⁻¹⁰ Pa・m³/s）という低い漏洩率でも、漏洩箇所から漏れ出るヘリウムは、高感度装置（ヘリウム質量分析計）で検出できます。測定手順は通常自動化されており、ヘリウム積分試験と呼ばれます。別のより簡単な方法としては、対象物にヘリウムを充填し、携帯型装置を使用して手動で漏洩箇所を探す方法があります。

ヘリウムは最小の分子であり、単原子分子であるため、漏れやすいことから、漏洩検知に用いられます。漏洩検知では、対象物にヘリウムガスを充填し、漏洩が発生した場合は、ヘリウム質量分析計で漏洩箇所を特定できます。ヘリウムは、ロケット、燃料タンク、熱交換器、ガス管、電子機器、テレビ管、その他の製造部品の漏洩検知に使用できます。ヘリウムを用いた漏洩検知は、マンハッタン計画においてウラン濃縮工場の漏洩検知に初めて用いられました。漏洩検知用のヘリウムは、水素、窒素、または水素と窒素の混合物で代替できます。

溶接と金属加工

ヘリウムガスは、他の原子よりもイオン化ポテンシャルエネルギーが高いため、アーク溶接やプラズマアーク溶接の保護ガスとして使用されます。溶接部の周囲のヘリウムガスは、溶融状態の金属の酸化を防ぎます。ヘリウムの高いイオン化ポテンシャルエネルギーにより、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム合金など、建設、造船、航空宇宙で使用される異種金属のプラズマアーク溶接が可能になります。シールドガス中のヘリウムはアルゴンや水素で置き換えることができますが、一部の材料（チタンヘリウムなど）はプラズマアーク溶接では代替できません。ヘリウムは高温でも安全な唯一のガスだからです。

最も活発な開発分野の一つがステンレス鋼の溶接です。ヘリウムは不活性ガスであり、他の物質に触れても化学反応を起こしません。この特性は、溶接保護ガスにおいて特に重要です。

ヘリウムは熱伝導性にも優れている。そのため、溶接部の濡れ性を向上させるために高い入熱量が必要な溶接作業でよく用いられる。また、ヘリウムは溶接速度を上げるのにも役立つ。

ヘリウムは通常、保護ガス混合物においてアルゴンと様々な割合で混合され、両ガスの優れた特性を最大限に活用します。例えば、ヘリウムは保護ガスとして働き、溶接時に溶け込み幅を広く浅くするのに役立ちます。しかし、ヘリウムにはアルゴンのような洗浄効果はありません。

そのため、金属加工業者は、作業工程の一環としてアルゴンとヘリウムの混合を検討することが多い。ガスシールドアーク溶接では、ヘリウム／アルゴン混合ガス中のヘリウムの割合は25%から75%程度となる。保護ガスの組成を調整することで、溶接工は溶接部の熱分布を制御することができ、ひいては溶接金属の断面形状や溶接速度に影響を与える。

電子半導体産業

ヘリウムは不活性ガスであるため、非常に安定しており、他の元素とほとんど反応しません。この性質から、アーク溶接におけるシールドガス（空気中の酸素の混入を防ぐため）として利用されています。また、半導体や光ファイバーの製造など、他にも重要な用途があります。さらに、深海潜水において窒素の代わりにヘリウムを使用することで、血流中に窒素気泡が発生するのを防ぎ、潜水病を予防することができます。

世界のヘリウム販売量（2016年～2027年）

世界のヘリウム市場は2020年に18億2537万米ドルに達し、2027年には27億4204万米ドルに達すると予測されており、年平均成長率（CAGR）は5.65%（2021年～2027年）です。この業界は今後数年間、大きな不確実性を抱えています。本稿における2021年～2027年の予測データは、過去数年間の歴史的動向、業界専門家の意見、および本稿のアナリストの意見に基づいています。

ヘリウム産業は高度に集中しており、天然資源を原料としているため、世界的な製造拠点は限られており、主に米国、ロシア、カタール、アルジェリアに集中している。世界の消費市場は米国、中国、ヨーロッパなどに集中している。米国はこの産業において長い歴史を持ち、揺るぎない地位を築いている。

多くの企業は複数の工場を所有しているが、それらは通常、ターゲットとする消費市場から離れた場所にある。そのため、製品の輸送コストが高くなる。

最初の5年間以降、ヘリウムの生産量は非常に緩やかにしか増加していない。ヘリウムは再生不可能なエネルギー源であり、生産国ではその継続的な利用を確保するための政策が実施されている。将来的にヘリウムが枯渇すると予測する声もある。

この業界は輸出入の割合が高い。ほぼすべての国がヘリウムを使用しているが、ヘリウムの埋蔵量を持つ国はごくわずかである。

ヘリウムは幅広い用途があり、今後ますます多くの分野で利用されるようになるでしょう。天然資源の希少性を考えると、ヘリウムの需要は将来的に増加する可能性が高く、適切な代替物質が必要となります。ヘリウム価格は2021年から2026年にかけて上昇を続け、2020年の13.53ドル/m³から2027年には19.09ドル/m³に達すると予想されています。

業界は経済と政策の影響を受ける。世界経済が回復するにつれ、環境基準の改善に関心を持つ人が増え、特に人口が多く経済成長が著しい発展途上地域では、ヘリウムの需要が増加するだろう。

現在、主要なグローバルメーカーには、ラスガス、リンデグループ、エアケミカル、エクソンモービル、エアリキード（Dz）、ガスプロム（Ru）などが含まれます。2020年には、上位6社の売上高シェアが74%を超える見込みです。今後数年間で、業界内の競争はさらに激化すると予想されます。

HL極低温機器

液体ヘリウム資源の希少性と価格の高騰のため、液体ヘリウムの使用および輸送過程における損失と回収を削減することが重要である。

1992年に設立されたHL Cryogenic Equipmentは、HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.傘下のブランドです。HL Cryogenic Equipmentは、お客様の多様なニーズに応えるため、高真空断熱極低温配管システムおよび関連サポート機器の設計・製造に取り組んでいます。真空断熱パイプとフレキシブルホースは、高真空・多層・多層構造の特殊断熱材で製造され、一連の非常に厳格な技術処理と高真空処理を経て、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、液体水素、液体ヘリウム、液化エチレンガス（LEG）、液化天然ガス（LNG）の移送に使用されます。

HL Cryogenic Equipment Companyの真空ジャケットパイプ、真空ジャケットホース、真空ジャケットバルブ、および相分離器の製品シリーズは、一連の非常に厳格な技術処理を経ており、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、液体水素、液体ヘリウム、LEG、LNGの移送に使用され、これらの製品は、空気分離、ガス、航空、電子機器、超伝導体、チップ、自動化組立、食品・飲料、製薬、病院、バイオバンク、ゴム、新素材製造、化学工学、鉄鋼、科学研究などの産業における極低温機器（極低温タンク、デュワー、コールドボックスなど）に使用されています。

HL Cryogenic Equipment Companyは、Linde、Air Liquide、Air Products (AP)、Praxair、Messer、BOC、Iwatani、Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang)などの認定サプライヤー/ベンダーとなりました。