21-09-2023
Изото́пы ге́лия — разновидности атомов (и ядер) химического элемента гелия, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Всего известно на данный момент времени 8 изотопов, но только два из них стабильны. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He (изотопная распространённость — 99,99986 %) и гораздо более редкого 3He (0,00014 %; содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьировать в довольно широких пределах)[1][2].
Гелий в атмосфере, почти весь состоящий из тяжёлого нуклида 4He, является продуктом α-распада тяжёлых радиоактивных элементов (урана, тория, актиния), лишь незначительная его часть является реликтовой (то есть захваченной миллиарды лет назад уплотнявшейся космической пылью, из которой образовалась Земля)[1][2]. 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)·106 м³ газа[1].
Содержание 3He в выделенном из атмосферы гелии ничтожно мало, отношение 3He/4He для воздуха равно 1,1·10−6, а для гелия из природных газов 1,4·10−7. Установлено, что 3He 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[2]:
Тритий довольно быстро (T1/2=12,46 лет) распадается с образованием 3He, электронов и антинейтрино:
Звёздный гелий (гелий Вселенной) — продукт термоядерной реакции синтеза ядер водорода, протекающей на Солнце и звездах по протон-протонному и углеродно-азотному циклам[1].
Известны ещё шесть радиоактивных изотопов гелия, являющихся продуктами искусственных ядерных реакций. Так, например, нуклид 6He был получен при бомбардировке бериллия нейтронами[1]:
| Символ нуклида |
Z(p) | N(n) | Масса изотопа[3] (а. е. м.) |
Избыток массы[3] (кэВ) |
Период полураспада[4] (T1/2) |
Спин и чётность (J π) ядра[4] |
Распространённость изотопа в природе[4] (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3He | 2 | 1 | 3,0160293191(26) | 14931,2148(24) | Стабильный | 1/2+ | 0,000137(3) |
| 4He | 2 | 2 | 4,00260325415(6) | 2424,91565(6) | Стабильный | 0+ | 99,999863(3) |
| 5He | 2 | 3 | 5,012220(50) | 11390(50) | 700(30)·10−24 с | 3/2− | |
| 6He | 2 | 4 | 6,0188891(8) | 17595,1(8) | 806,7(15) мс | 0+ | |
| 7He | 2 | 5 | 7,028021(18) | 26101(17) | 2,9(5)·10−21 с | (3/2)− | |
| 8He | 2 | 6 | 8,02248736(10) | 31598(7) | 119,0(15) мс | 0+ | |
| 9He | 2 | 7 | 9,043950(30) | 40939(29) | 7(4)·10−21 с | 1/2( −#) | |
| 10He | 2 | 8 | 10,052400(80) | 48810(70) | 2,7(18)·10−21 с | 0+ |
Изотопы гелия.