Öppna huvudmenyn

Heliumisotoper är isotoper av grundämnet helium (He), det vill säga atomer och kärnor med 2 protoner och olika antal neutroner.

Innehåll

IsotoperRedigera

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)Redigera

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.

TabellRedigera

Nuklid Z N Massa (u) Halveringstid ST (%) SE (MeV) SP Spinn Förekomst (%)
2He (Diproton)
2
0
2,015894(2) p (> 99,99 %) 2 1H
½+
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
32
6He
2
4
6,0188891(8) 806,7 ms β (99,99 %) 3,508 6Li
0+
β + α (2,8 × 10−4 %) 4He2H
7He
2
5
7,028021(18) 2,857 × 10−21 s n 0,44 6He
(32)
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+
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.

SönderfallskedjorRedigera

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:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Se ävenRedigera

KällorRedigera

  1. ^ R. A. W. Bradford, J. Astrophys. Astr. (2009) 30, 119–131 The Effect of Hypothetical Diproton Stability on the Universe
  2. ^ Nuclear Physics in a Nutshell, C. A. Bertulani, Princeton University Press, Princeton, N.J., 2007, Chapter 1, ISBN 978-0-691-12505-3.
  3. ^ Physicists discover new kind of radioactivity, in physicsworld.com Oct 24, 2000
  4. ^ Decay of a Resonance in 18Ne by the Simultaneous Emission of Two Protons, Physical Review Letters vol. 86, pp. 43–46 (2001), by J. Gómez del Campo, A. Galindo-Uribarri et al.
  5. ^ "New Form of Artificial Radioactivity" Arkiverad 14 oktober 2008 hämtat från the Wayback Machine. Inside Physics Research—Science News Update Number 865 #2, May 29, 2008 by Phil Schewe
  6. ^ G. Raciti et al., Physical Review Letters 100, 192503–06 (2008) "Experimental Evidence of 2He Decay from 18Ne Excited States"

Externa länkarRedigera

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