Heliumisotoper

Heliumisotoperär isotoper av grundämnethelium(He), det vill säga atomer och kärnor med 2 protoner och olika antal neutroner.

Isotoper

Helium har 9 kända isotoper, varav 2 är stabila (³He och⁴He). Allaradioisotoperär kortlivade, den mest långlivade är⁶He med enhalveringstidpå 806,7 millisekunder. Den minst stabila är⁵He, med en halveringstid på 7,618 × 10⁻²²sekunder, även om att det är möjligt att²He har ännu kortare halveringstid.

Helium-2 (diproton)

²He ellerdiprotonär en extremt instabil heliumisotop som innehåller tvåprotoneroch inganeutroner.Enligt teoretiska beräkningar skulle den ha varit mycket mer stabil (även om den fortfarande skullebetasönderfallatilldeuterium) om denstarka kärnkraftenhade varit 2 % större.Dess instabilitet beror på spinn/spinn-växelverkan i kärnkraften, ochPaulis uteslutningsprincip,som tvingar de två protonerna att ha antijusterade spinn och ger diproton en negativbindningsenergi.

Det har funnits observationer av²He. År 2000, observerade fysiker en ny typ av radioaktivt sönderfall i vilken en kärna avger två protoner vid en gång – möjligen en²He-kärna.Laget, som leddes av Alfredo Galindo-Uribarri vid Oak Ridge National Laboratory, meddelade att upptäckten kommer att hjälpa forskarna att förstå den starka kärnkraften och att den ger nya insikter iskapandet av grundämneninuti stjärnor. Galindo-Uribarri och medarbetare valde en neonisotop med en energistruktur som hindrar den från att avge protoner vid en tid. Detta innebär att de två protonerna emitteras samtidigt. Laget avfyrade en stråle fluorjoner till ett protonrikt mål för att producera¹⁸Ne, som sedan sönderföll till syre och två protoner. Några protoner som hade emitterats från målet själv identifierades av deras karakteristiska energier. Det finns två sätt på vilka den dubbla protonemissionen kan fortgå. Neonkärnan kan emittera en 'diproton' — ett par protoner sammanbundna som en²He-kärna — vilken sedan sönderfaller till två separata protoner. Alternativt kan protonerna emitteras separat men samtidigt —demokratiskt sönderfall.Experimentet var inte tillräckligt känsligt för att fastställa vilken av dessa två processer som ägde rum.

Mer bevis på²He hittades år 2008 vidIstituto Nazionale di Fisica NucleareiItalien.En stråle²⁰Ne-joner riktades mot ett mål av berylliumfolie. Denna kollision omvandlade några av de tyngre neonkärnorna i strålen till en¹⁸Ne-kärna. Dessa kärnor kolliderade sedan med blyfolie. Den andra kollisionen resulterade i att¹⁸Ne-kärnan exciterades till ett mycket instabilt tillstånd.

Tabell

Nuklid	Z	N	Massa(u)	Halveringstid	ST(%)	SE(MeV)	SP	Spinn	Förekomst(%)
2He(Diproton)	2	0	2,015894(2)		p(> 99,99 %)		21H	0+
					β+(< 0,01 %)		2H
3He	2	1	3,0160293191(26)	Stabil				½+	0,000134
4He	2	2	4,00260325415(6)	Stabil				0+	99,999866
5He	2	3	5,01222(5)	7,618 × 10−22s	n	0,89	4He	3⁄2−
6He	2	4	6,0188891(8)	806,7ms	β−(99,99 %)	3,508	6Li	0+
					β−+α(2,8 × 10−4%)		4He,2H
7He	2	5	7,028021(18)	2,857 × 10−21s	n	0,44	6He	(3⁄2)−
8He	2	6	8,033922(7)	119ms	β−(83,1 %)	10,658	8Li	0+
					β−+n(16 %)	8,619	7Li
					β−+ fission (0,9 %)		5He,3H
9He	2	7	9,04395(3)	1,5 × 10−21s	n	1,15	8He	½(−#)
10He	2	8	10,05240(8)	2,7 × 10−21s	2n	0,3	8He	0+

Anmärkningar

• Stabila isotoper anges ifetstil.
• Värden markerade med # härrör inte enbart från experimentella data, men åtminstone delvis från systematiska trender.
• Osäkerheteranges i kort form i parentes efter värdet. Osäkerhetsvärden anger en standardavvikelse, utom isotopsammansättningen och standardatommassa från IUPAC, som använder expanderade osäkerhet.
• Nuklidmassor är givna avIUPAPCommission on Symbols, Units, Nomenclature, Atomic Masses and Fundamental Constants (SUNAMCO).
• Isotopförekomster är givna avIUPACCommission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Isotopförekomsten avser den i luft.

Sönderfallskedjor

Även om vissa heliumisotoper, såsom⁶He och⁸He, sönderfaller främst till litiumisotoper, verkar den stora tendensen bland kända isotoper vara sönderfall till lättare heliumisotoper.Fission,bara sett i jämna isotoper, är också ovanligt vanligt.

Sönderfallskedjor för isotoper med flera sönderfallstyper anges i ordning efter fallande sannolikhet:

$\mathrm {{}_{2}^{2}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {Unknown} }}\ \mathrm {2{}_{1}^{1}H}$

$\mathrm {{}_{2}^{2}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {Unknown} }}\ \mathrm {{}_{1}^{2}H} +\mathrm {e{}_{}^{+}}$

$\mathrm {{}_{2}^{5}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {700ys} }}\ \mathrm {{}_{2}^{4}He} +\mathrm {{}_{0}^{1}n}$

$\mathrm {{}_{2}^{6}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {806.7ms} }}\ \mathrm {{}_{3}^{6}Li} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{2}^{6}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {806.7ms} }}\ \mathrm {{}_{2}^{4}He} +\mathrm {{}_{1}^{2}H} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{2}^{7}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {2.9zs} }}\ \mathrm {{}_{2}^{6}He} +\mathrm {{}_{0}^{1}n}$

$\mathrm {{}_{2}^{8}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {119ms} }}\ \mathrm {{}_{3}^{8}Li} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{2}^{8}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {119ms} }}\ \mathrm {{}_{3}^{7}Li} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{2}^{8}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {119ms} }}\ \mathrm {{}_{2}^{5}He} +\mathrm {{}_{1}^{3}H} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{2}^{9}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {7zs} }}\ \mathrm {{}_{2}^{8}He} +\mathrm {{}_{0}^{1}n}$

$\mathrm {{}_{2}^{10}He} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {2.7zs} }}\ \mathrm {{}_{2}^{8}He} +\mathrm {2{}_{0}^{1}n}$

Se även

• Heliumatom

Källor

---

• isotopkoncentrationer från IUPAC2011

• Isotopmassor:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003).”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”.Nuclear Physics729: sid. 3–128.doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.http:// nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf.
• Isotopsammansättning och standardatommassa:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003).”Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”.Pure and Applied Chemistry75 (6): sid. 683–800.doi:10.1351/pac200375060683.http:// iupac.org/publications/pac/75/6/0683/pdf/.
  • M. E. Wieser (2006).”Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”.Pure and Applied Chemistry78 (11): sid. 2051–2066.doi:10.1351/pac200678112051.http://iupac.org/publications/pac/78/11/2051/pdf/.
• Spinn och isomerdata:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003).”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”.Nuclear Physics A729: sid. 3–128.doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.http:// nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf.
  • National Nuclear Data Center.”NuDat 2.1 database”.Brookhaven National Laboratory.http:// nndc.bnl.gov/nudat2/.Läst 1 september 2005.
  • N. E. Holden (2004).” Table of the Isotopes, Section 11”. i D. R. Lide.CRC Handbook of Chemistry and Physics(85th).CRC Press.ISBN 978-0-8493-0485-9

Externa länkar

• General Tables– helium och andra lätta exotiska atomkärnor(engelska)