Heliumisotoper

Heliumisotoper är isotoper av grundämnet helium (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 och ⁴He). Alla radioisotoper är kortlivade, den mest långlivade är ⁶He med en halveringstid på 806,7 millisekunder. Den minst stabila är ⁵He, med en halveringstid på 7,618 × 10⁻²² sekunder, även om att det är möjligt att ²He har ännu kortare halveringstid.

Helium-2 (diproton)

Huvudartikel: Diproton

²He eller diproton är en extremt instabil heliumisotop som innehåller två protoner och inga neutroner. Enligt teoretiska beräkningar skulle den ha varit mycket mer stabil (även om den fortfarande skulle betasönderfalla till deuterium) om den starka kärnkraften hade varit 2 % större.^[1] Dess instabilitet beror på spinn/spinn-växelverkan i kärnkraften, och Paulis uteslutningsprincip, som tvingar de två protonerna att ha antijusterade spinn och ger diproton en negativ bindningsenergi.^[2]

Det har funnits observationer av ²He. År 2000, observerade fysiker en ny typ av radioaktivt sönderfall i vilken en kärna avger två protoner vid en gång – möjligen en ²He-kärna.^[3][4] 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 i skapandet av grundämnen inuti 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 producera ¹⁸Ne, 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 en ²He-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 på ²He hittades år 2008 vid Istituto Nazionale di Fisica Nucleare i Italien.^[5][6] En stråle ²⁰Ne-joner riktades mot ett mål av berylliumfolie. Denna kollision omvandlade några av de tyngre neonkärnorna i strålen till en ¹⁸Ne-kärna. Dessa kärnor kolliderade sedan med blyfolie. Den andra kollisionen resulterade i att ¹⁸Ne-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 %)		2 1H	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 × 10−22 s	n	0,89	4He	3⁄2−
6He	2	4	6,0188891(8)	806,7 ms	β− (99,99 %)	3,508	6Li	0+
					β− + α (2,8 × 10−4 %)		4He, 2H
7He	2	5	7,028021(18)	2,857 × 10−21 s	n	0,44	6He	(3⁄2)−
8He	2	6	8,033922(7)	119 ms	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 × 10−21 s	n	1,15	8He	½(−#)
10He	2	8	10,05240(8)	2,7 × 10−21 s	2n	0,3	8He	0+
Denna tabell: visa • redigera

Anmärkningar

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

Sönderfallskedjor

Även om vissa heliumisotoper, såsom ⁶He och ⁸He, 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:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Se även

• Heliumatom