Изото́пы ге́лия — разновидности атомов (и ядер ) химического элемента гелия , имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Всего известно на данный момент времени 9 изотопов, но только два из них стабильны. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов : ⁴ He ( изотопная распространённость — 99,99986 %) и гораздо более редкого ³ He (0,00014 %; содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьировать в довольно широких пределах) . Самым долгоживущим радиоизотопом является ⁶ He с периодом полураспада 807 миллисекунд.

Происхождение

Гелий в атмосфере, почти весь состоящий из тяжёлого нуклида He ⁴ , является продуктом α-распада тяжёлых радиоактивных элементов ( урана , радия , тория , актиния ), лишь незначительная его часть является реликтовой (то есть захваченной миллиарды лет назад уплотнявшейся космической пылью, из которой образовалась Земля) . Скорость образования гелия ничтожна и составляет около 1,16⋅10 ⁻⁷ см³ на 1 г U и 2,43⋅10 ⁻⁸ см³ на 1 г Th в год. Одна тонна связанного в минералах урана испускает за год всего 0,12 см³ гелия. Этот процесс ежегодно накапливает в доступных изучению толщах Земли и вод (25-28)⋅10 ⁶ м³ газа .

Содержание ³ He в выделенном из атмосферы гелии ничтожно мало, отношение ³ He/ ⁴ He для воздуха равно 1,1⋅10 ⁻⁶ , а для гелия из природных газов 1,4⋅10 ⁻⁷ . Установлено, что ³ He получается в результате β-распада тяжёлого нуклида водорода — трития , который образуется в ряде ядерных реакций в земной коре и верхних слоях атмосферы. В последних тритий возникает при обстреле азота нейтронами космического излучения :

${\displaystyle \mathrm {{}_{7}^{14}N} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} \rightarrow \mathrm {{}_{1}^{3}T} +\mathrm {{}_{6}^{12}C} .}$

Тритий с периодом полураспада ( T _1/2 = 12,46 лет ) превращается в ³ He:

${\displaystyle \mathrm {{}_{1}^{3}T} \rightarrow \mathrm {{}_{2}^{3}He} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}$

Звёздный гелий (гелий Вселенной ) — продукт термоядерной реакции синтеза ядер водорода , протекающей на Солнце и звездах по протон-протонному и углеродно-азотному циклам .

Известны ещё шесть радиоактивных изотопов гелия, являющихся продуктами искусственных ядерных реакций . Так, например, нуклид ⁶ He был получен при бомбардировке бериллия нейтронами :

${\displaystyle \mathrm {{}_{4}^{9}Be} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} \rightarrow \mathrm {{}_{2}^{6}He} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} .}$

Таблица изотопов гелия

Пояснения к таблице

• Распространённость изотопов приведена для земной атмосферы. Для других источников значения могут сильно отличаться.

• Символами, выделенными жирным шрифтом , обозначены стабильные продукты распада.

• Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N ). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

• Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК , для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Примечания