Ізотопи гелію

Відомо дев'ять ізотопів гелію (2He) (стандартна атомна маса: 4,002602(2)), але стабільними є лише гелій-3 (3He)[1] і гелій-4 (4He). Усі радіоізотопи короткоживучі; найдовший період напіврозпаду має 6He — 806,92(24) мілісекунди. Найменш стабільним є 10He з періодом напіврозпаду 260(40) йоктосекунд (2,6(4) · 10−22 с), хоча не виключено, що 2He (діпротон[de]) може мати ще коротший період напіврозпаду.

Співвідношення 3He до 4He в атмосфері Землі становить 1,343(13) · 10−6[2], проте ізотопний склад гелію сильно варіюється залежно від його походження. У Місцевій міжзоряній хмарі відношення 3He до 4He становить 1,62(29) · 10−4[3], що в 121(22) раз перевищує це відношення для атмосферного гелію. У гірських породах земної кори співвідношення ізотопів може змінюватися в десятки разів[4]; ця особливість використовується в геології для дослідження походження гірських порід і складу мантії Землі[5]. Різні процеси утворення двох стабільних ізотопів гелію зумовлюють різний вміст його ізотопів у земній корі.

Рівномірна суміш рідких ізотопів 3He і 4He при температурі нижче 0,8 K розділяються на дві незмішувані фази через відмінності у квантовій статистиці: атоми 4He є бозонами, а атоми 3He — ферміонами[6]. У рефрижераторах розчинення незмішуваність цих двох ізотопів використовується для досягнення температур у кілька мілікельвінів.

Таблиця ізотопів гелію

Символ
нукліда 		Z(p) N(n) Масса ізотопу
(а. о. м.)[7] 		Період
напіврозпаду
(T1/2) 		Шлях розпаду[8] Продукт
розпаду 		Спін і
парність ядра[8] 		Поширеність ізотопу
в природі 		Діапазон зміни
ізотопної поширеності
в природі
Енергія збудження
2He 2 0 2,015894 ± (2) < 10−9 с[9] p (>99,99 %) 2 1

H

0+#
β+ (<0,01 %) 2

H

3He 2 1 3,016029321967 ± (60) Стабільний 1/2+ 0,000002 ± (2)[10] [4,6·10−10, 0,000041][11]
4He 2 2 4,002603254130 ± (158) Стабільний 0+ 0,999998 ± (2)[10] [0,999959, 1,000000][11]
5He 2 3 5,012057 ± (21) (602 ± (22))·10−24 с

[759 ± (28) кэВ]

n 4He 3/2−
6He 2 4 6,01888589 ± (6) 806,92 ± (24) мс β− (99,999722 ± (18)%) 6Li 0+
β−, ділення (0,000278 ± (18)%) 4He, 2H
7He 2 5 7,027991 ± (8) (2,51 ± (7))·10−21 с

[181,9 ± (5,1) кэВ]

n 6He (3/2)−
8He 2 6 8,03393439 ± (10) 119,5 ± (1,5) мс β− (83,1 ± (1,0)%) 8Li 0+
β−n (16 ± (1)%) 7Li
β−t, ділення (0,9 ± (1)%) 5He, 3H
9He 2 7 9,043950 ± (50) (2,5 ± (2,3))·10−21 с n 8He 1/2(+)
10He 2 8 10,05282 ± (10) (260 ± (40))·10−24 с

[1,8 ± (3) МэВ]

2n 8He 0+

Пояснення до таблиці

  • Похибка (1σ) наведена у вигляді числа в дужках, вираженого в одиницях останньої значущої цифри, що означає одне стандартне відхилення (за винятком поширеності та стандартної атомної маси ізотопу за даними IUPAC, для яких використовується складніше визначення похибки). Приклади: 29770,6 (5) означає 29770,6 ± 0,5; 21,48 (15) означає 21,48 ± 0,15; −2200,2 (18) означає -2200,2 ± 1,8.
  • Шлях розпаду:
    p — протонний розпад
    n — нейтронний розпад
    β+ — позитронний розпад
    β− — бета-розпад (випромінювання електрона)
    t — випромінювання ядра тритію.
  • Жирним позначено стабільні продукти розпаду.
  • Значення, позначені решіткою (#), отримані не лише з експериментальних даних, а й принаймні частково з трендів сусідніх нуклідів (TNN).

Примітки

  1. ↑ Helium-3 | chemical isotope | Britannica. www.britannica.com (англ.). Процитовано 2 березня 2024.
  2. ↑ Sano, Yuji; Wakita, Hiroshi; Sheng, Xu (1988). Atmospheric helium isotope ratio. Geochemical Journal. Т. 22, № 4. с. 177—181. doi:10.2343/geochemj.22.177. Процитовано 2 березня 2024.
  3. ↑ Busemann, H.; Bühler, F.; Grimberg, A.; Heber, V. S.; Agafonov, Y. N.; Baur, H.; Bochsler, P.; Eismont, N. A.; Wieler, R. (1 березня 2006). Interstellar Helium Trapped with the COLLISA Experiment on the MiR Space Station—Improved Isotope Analysis by In Vacuo Etching. The Astrophysical Journal (англ.). Т. 639, № 1. с. 246. doi:10.1086/499223. ISSN 0004-637X. Процитовано 2 березня 2024.
  4. ↑ Финкельштейн Давид Наумович. web.archive.org. Архів оригіналу за 5 вересня 2012. Процитовано 2 березня 2024. [Архівовано 2012-09-05 у Wayback Machine.]
  5. ↑ Helium Fundamentals. www.mantleplumes.org. Процитовано 2 березня 2024.
  6. ↑ The Encyclopedia of the Chemical Elements. p. 264.
  7. ↑ Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (1 березня 2021). The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*. Chinese Physics C. Т. 45, № 3. с. 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf. ISSN 1674-1137. Процитовано 2 березня 2024.
  8. ↑ а б Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (1 березня 2021). The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties *. Chinese Physics C. Т. 45, № 3. с. 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137. Процитовано 2 березня 2024.
  9. ↑ New Form of Artificial Radioactivity -- Physics News Update 865. web.archive.org. 14 жовтня 2008. Архів оригіналу за 14 жовтня 2008. Процитовано 2 березня 2024.
  10. ↑ а б Atomic Weight of Helium | Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. ciaaw.org. Процитовано 2 березня 2024.
  11. ↑ а б Meija, Juris; Coplen, Tyler B.; Berglund, Michael; Brand, Willi A.; Bièvre, Paul De; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Irrgeher, Johanna; Loss, Robert D. (1 березня 2016). Isotopic compositions of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry (англ.). Т. 88, № 3. с. 293—306. doi:10.1515/pac-2015-0503. ISSN 1365-3075. Процитовано 2 березня 2024.
Ізотопи водню Ізотопи гелію Ізотопи літію
Таблиця ізотопів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr