Helium (He) (standardní atomová hmotnost: 4,002602 (2), u ) má osm izotopy známé, ale pouze dvě jsou stabilní je helium-3 ( 3 He) a helium 4 ( 4 He). Všechny radioizotopy helia mají krátký poločas rozpadu , 6 He, přičemž nejdelší z nich má poločas rozpadu 806,7 milisekund. Nejběžnějším izotopem helia v zemské atmosféře je helium-4 , přičemž atomová frakce mezi těmito dvěma izotopy je jeden z milionu. Hélium je však zcela neobvyklé v tom, že jeho množství izotopů se velmi liší v závislosti na jeho původu. V mezihvězdném prostředí je podíl 3 He tisíckrát vyšší. Horniny v zemské kůře mají poměry izotopů měnící se faktorem 10, v závislosti na jejich původu; tato skutečnost se také používá v geologii ke studiu původu hornin a složení zemského pláště . Různé procesy formování dvou stabilních izotopů produkují různé množství izotopů.
Směsi stejných částí helia 3 a 4 se od sebe oddělují pod -272,35 ° C do dvou nemísitelných fází kvůli své odlišnosti (dva izotopy sledují odlišnou kvantovou statistiku: atomy 4 He jsou bosony, zatímco atomy 3 He jsou fermiony ). K ředění ledničky použití této nemísitelnosti dvou izotopů na teplotu několika millikelvins.
Všechny izotopy helia těžší než 4 jsou nestabilní a rozpadají se s poločasem kratším než jedna sekunda. Vědci však vytvořili nové izotopy srážkami v urychlovačích částic, aby vytvořili neobvyklá jádra pro prvky, jako je helium , lithium nebo dusík . Zvláštní jaderné struktury těchto izotopů nám umožňují další pohled na izolované vlastnosti neutronů .
Helium 2 ( 2 He) je hypotetická izotop helia, jejíž jádro se skládá ze dvou protonů a žádné neutrony a proto se nazývá „diproton“. Diprotonové látky jsou teoreticky nestabilní v důsledku interakcí spin-spin a Pauliho vylučovacího principu, který by přinutil dva protony mít protilehlé spiny, což by diprotonu poskytlo negativní vazebnou energii .
Je možné, že došlo k pozorování nestabilního 2 He. V roce 2000 fyzici poprvé pozorovali nový typ radioaktivního rozpadu, při kterém jádro emituje dva protony současně, a proto možná 2 He jádro . Tým vedený Alfredem Galindo-Uribarrim z Národní laboratoře v Oak Ridge vybral izotop neon s energetickou strukturou, která mu brání emitovat jeden proton najednou, což znamená, že lze současně vysunout pouze dva protony. Tým poté umístil cíl obohacený protony pod paprsek iontů fluoru, aby vytvořil 18 Ne, který se pak rozpadne na kyslík a dva protony. Jakýkoli proton vyhozen z cíle byl identifikován podle jeho energetické charakteristiky. Existují dva způsoby, jak může dojít k emisi dvou protonů: neonové jádro může vysunout „diproton“, který se pak rozpadne rozdělením na dva protony, ale také dva protony mohou být emitovány samostatně, ale současně, což je jev zvaný „ demokratický “ rozpad “. Zkušenosti ukazují, že simultánní emise dvou protonů byla možná, ale parametry nebyly dost dobré na to, aby určily režim, ve kterém tato emise probíhala.
Nejlepší důkaz existence 2 Byl nalezen v roce 2008 na Istituto Nazionale di Fisica Nucleare v Itálii. V tomto experimentu výzkumníci bombardoval si beryllium list s 20 Ne paprsku . Při srážce se některé neonové atomy transformovaly na 18 Ne. Jádra se poté srazila s listem olova. Tato druhá kolize mělo za následek vzrušující na 18 Ne jader ve velmi nestabilním stavu. Stejně jako v experimentu Oak Ridge se 18 Ne jádra rozpadla na 16 O jader a dva protony vyzařovaly stejným směrem. Nový experiment ukázal, že dva protony byly katapultovány společně, než se rozpadly na dva samostatné protony o miliardtinu sekundy později.
Podobně RIKEN v Japonsku a na JINR v Dubně v Rusku bylo při výrobě 5 He zjištěno srážkou mezi paprskem jader 6 He a terčem kryogenního vodíku, že jádra 6 He mohla darovat své čtyři neutrony vodík; toto tedy ponechává dva protony, které mohou být vyhozeny současně z cíle, ve formě 2 He, který se rychle rozpadá na dva protony. Podobná reakce byla také pozorována během srážky mezi jádry 8 He a vodíkem.
Helium-3 ( 3 He) je přítomna pouze ve stopovém množství na Zemi, do značné míry přítomné od vzniku Země, i když malé množství dorazí na Zemi uvězněné v mezihvězdného prachu . Některé stopy také pocházejí z beta rozpadu z tritia . Ve hvězdách je naopak 3 hojnější, protože je produktem jaderné fúze . Některé mimoplanetární materiály, jako je regolit z měsíců nebo asteroidů, obsahují stopy 3 He kvůli jejich vystavení slunečnímu větru .
Helium 4 ( 4 He) je nejběžnější izotop hélia. Na Zemi je produkován rozpadem α těžších radioaktivních prvků, přičemž takto emitované částice α jsou plně ionizované 4 atomy He. Byl vyroben ve velmi velkém množství během prvotní nukleosyntézy . 4 Je to zvláště stabilní jádro, což je způsobeno skutečností, že jeho nukleony tvoří úplnou vrstvu .
Helium 5 ( 5 He) je izotop helia s nejkratší doby života s poločasem 7,6 x 10 -22 sekundy. Má jádro tvořené dvěma protony a třemi neutrony. Rozkládá se hlavně emisí neutronů ve 4 He.
Helium 6 ( 6 He) je nestabilní izotop hélia s nejdelší životnosti (poločas rozpadu 0,8 sekundy). Má jádro formálně složené ze dvou protonů a čtyř neutronů, ale ve skutečnosti je tvořeno jádrem helia-4 obklopené „ halo “ dvou neutronů. Rozkládá se rozpadem β - tvoří se atom lithia 6 . Ve velmi vzácných případech může podstoupit jaderné štěpení doprovázené β zářením za vzniku helia 4 a deuteria . Může se tvořit ve vzácných případech ternárního štěpení (7% případů ternárního štěpení, což představuje 0,2 až 0,4% jaderného štěpení).
Helium 7 ( 7 On) je izotop s velmi krátkou dobu životnosti ( poločas 2,9 x 10 -21 s). Má jádro tvořené dvěma protony a pěti neutrony a rozpadá se emisí neutronů do helia 6. Helium 7 je „hyperfragment“ vytvořený určitými jadernými reakcemi .
Helium 8 ( 8 He) je těžký izotop hélia nejvíce studoval. Stejně jako helium 6 se jeho jádro skládá z jádra helia 4 obklopeného „ halo “, ale se čtyřmi neutrony. Jeho životnost je relativně dlouhá (poločas rozpadu 0,1 s). Je to většinou rozpadá beta rozpadem - za vzniku 8 Li , zřídka beta rozpadem - a neutronové emise za vzniku 7 Li a v některých případech vzácnější, β rozpad - a štěpení za vzniku 3 He a 3 H . Stejně jako helium 7 je to „hyperfragment“ vytvořený určitými jadernými reakcemi .
Symbol izotopu |
Z ( p ) | N ( n ) | Izotopová hmotnost (u) | Poločas rozpadu | Decay způsob (y) |
Izotop (synové) - syn | Jaderná rotace | Reprezentativní izotopové složení (molární frakce) |
Rozsah přirozených variací (molární zlomek) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 On | 2 | 0 | |||||||
3 On | 2 | 1 | 3.0160293191 (26) | Stabilní | 1/2 + | 1,34 (3) × 10 −6 | 4,6 × 10 −10 -4,1 × 10 −5 | ||
4 On | 2 | 2 | 4.00260325415 (6) | Stabilní | 0+ | 0,99999866 (3) | 0,999959-1 | ||
5 On | 2 | 3 | 5.01222 (5) | 700 (30) × 10 −24 s [0,60 (2) MeV] |
ne | 4 On | 3 / 2- | ||
6 On | 2 | 4 | 6.0188891 (8) | 806,7 (15) ms | β - (99,99%) | 6 Li | 0+ | ||
β - , štěpení (2,8 × 10 −4 %) | 4 He , 2 H | ||||||||
7 On | 2 | 5 | 7,028021 (18) | 2,9 (5) × 10 −21 s [159 (28) keV] |
ne | 6 On | (3/2) - | ||
8 On | 2 | 6 | 8.033922 (7) | 119,0 (15) ms | β - (83,1%) | 8 Li | 0+ | ||
β - , n (16,0%) | 7 Li | ||||||||
β - , štěpení (0,09%) | 5 He, 3 H | ||||||||
9 On | 2 | 7 | 9.04395 (3) | 7 (4) × 10 −21 s [100 (60) keV] |
ne | 8 On | 1/2 (- #) | ||
10 He | 2 | 8 | 10.05240 (8) | 2,7 (18) × 10 −21 s [0,17 (11) MeV] |
2n | 8 On | 0+ |
1 | H | Ahoj | ||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Být | B | VS | NE | Ó | F | narozený | ||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Ano | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||
4 | K. | To | Sc | Ti | PROTI | Cr | Mn | Fe | Spol | Nebo | Cu | Zn | Ga | Ge | Eso | Se | Br | Kr | ||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Pozn | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | v | Sn | Sb | Vy | Já | Xe | ||||||||||||||
6 | Čs | Ba | The | Tento | Pr | Nd | Odpoledne | Sm | Měl | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Číst | Hf | Vaše | Ž | Re | Kost | Ir | Pt | Na | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Na | Rn |
7 | Fr. | Ra | Ac | Čt | Pa | U | Np | Mohl | Dopoledne | Cm | Bk | Srov | Je | Fm | Md | Ne | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt. | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |