A hélium izotópjai

Bár a héliumnak (He, standard atomtömeg: 4,002602(2) u) nyolc ismert izotópja van, ezek közül csak a hélium-3 és a hélium-4 stabil. A Föld légkörében egymillió ⁴He atomra jut egy atom ³He.^[1] A hélium izotóp-összetétele ugyanakkor – az általánostól eltérően – nagyban függ a származási helytől. A csillagközi térben a ³He részaránya mintegy százszorosa a fent említettnek.^[2] A földkéreg kőzeteiben izotóp-összetétele akár tízszeres eltérést is mutathat – a geológiában ezt felhasználják a kőzetek eredetének és a földköpeny összetételének vizsgálatára.^[3]

A leggyakoribb izotóp, a ⁴He a Földön a nehéz radioaktív elemek alfa-bomlásakor keletkezik – az alfa-részecskék ugyanis kétszeresen ionizált ⁴He atomok. A ⁴He atommagja kivételesen stabil, mivel benne a nukleonok lezárt héjakat alkotnak. Az ősrobbanáskori nukleoszintézis során is hatalmas mennyiségben jött létre. A hélium két stabil izotópjának eltérő gyakoriságát a különböző keletkezési mód okozza.

0,8 K alatt a ³He-at és ⁴He-et egyenlő arányban tartalmazó folyadék a két izotóp különbözősége miatt két, egymással nem elegyedő fázisra válik szét (a két izotópra különböző kvantumstatisztika vonatkozik: a ⁴He bozon, míg a ³He fermion).^[4] A hígításos hűtés során felhasználják, hogy a két izotóp nem elegyedik egymással, így néhány millikelvin hőmérséklet érhető el. A Földön a ³He csak nyomokban fordul elő, ennek nagy része a Föld keletkezése óta jelen van, bár kisebb mennyiség a kozmikus porban kötve is hull a Földre.^[3] Nyomnyi mennyiség keletkezik a trícium béta-bomlása során is.^[5] A csillagokban több ³He található, ez a magfúzió során keletkezik. A bolygóközi anyag, például a holdi és aszteroida regolitok nyomokban tartalmaznak ³He-at, mely a napszéllel kerül beléjük.

Egzotikus héliumizotópok

Az egzotikus héliumizotópok atomtömege a természetes héliuménál nagyobb. Bár mindegyik egzotikus héliumizotóp egy másodpercnél rövidebb felezési idővel bomlik, a kutatók részecskegyorsítós ütközésekben előállították a kis rendszámú elemek, mint pl. a hélium, lítium és nitrogén szokatlan atommagjait. Ezen izotópok furcsa atommagszerkezete bepillantást adhat a neutronok izolált tulajdonságaiba.

A legrövidebb életű izotóp a hélium-5: felezési ideje 7,6·10^‒22 másodperc. A hélium-6 béta-bomló, 0,8 másodperces felezési idővel. A hélium-7 is béta-részecskét bocsát ki, de emellett gamma-sugárzó is. A legalaposabban vizsgált egzotikus héliumizotóp a hélium-8. Úgy gondolják, hogy ez az izotóp - a hélium-6-hoz hasonlóan - egy hélium-4 magból és az azt körülvevő neutron „haló”-ból áll (a ⁶He esetén ezt két, a ⁸He-nél négy neutron alkotja). A hélium-7 és hélium-8 egyes magreakciók során is keletkezhet mint magtöredék.^[6] A hélium izotópjainak létezését hélium-10-ig megerősítették.

Hélium-2 (diproton)

A hélium-2 a hélium hipotetikus izotópja, amely elméleti számítások szerint létezne, ha az erős kölcsönhatás 2%-kal erősebb volna.

Táblázat

nuklid jele	Z(p)	N(n)	izotóp tömege (u)	felezési idő	magspin	jellemző izotóp- összetétel (móltört)	természetes ingadozás (móltört)
	megjegyzés
3He	2	1	3,0160293191(26)	STABIL	1/2+	0,00000134(3)	4,6·10‒10–0,000041
4He	2	2	4,00260325415(6)	STABIL	0+	0,99999866(3)	0,999959–1
5He	2	3	5,01222(5)	700(30)·10‒24 s [0,60(2) MeV]	3/2‒
	Nagyon instabil, 4He-gyé bomlik.
6He	2	4	6,0188891(8)	806,7(15) ms	0+
	7He-ből vagy 11Li-ből keletkezik, béta-bomlással 6Li-tá alakul.
7He	2	5	7,028021(18)	2,9(5)·10‒21 s [159(28) keV]	(3/2)‒
	Nagyon instabil, 6He-tá bomlik.
8He	2	6	8,033922(7)	119,0(15) ms	0+
	9He-ből keletkezik, béta-bomlással 7Li-té alakul, majd kibocsát egy késleltetett neutront.
9He	2	7	9,04395(3)	7(4)·10‒21 s [100(60) keV]	1/2(‒#)
	Nagyon instabil, 8He-ra bomlik.
10He	2	8	10,05240(8)	2,7(18)·10‒21 s [0,17(11) MeV]	0+
	Nagyon instabil, 9He-re bomlik.

Megjegyzések

• Az izotóp-összetétel a levegőbeli előfordulásra vonatkozik.
• Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot.
• Ismeretesek olyan geológiai minták, amelyek izotóp-összetétele a szokásos értékeken kívül van. Az atomtömeg bizonytalansága ezeknél meghaladhatja a jelzett hibahatárt.
• A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél rendszeres tendenciákat is figyelembe vettek. A gyenge asszignációs argumentumú spineket zárójelben jelöltük.
• A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, leszámítva a IUPAC által megadott izotóp-összetételt és standard atomtömeget, melyeknél kiterjesztett bizonytalanságot használunk.

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben az Isotopes of helium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Jegyzetek

1. Emsley, John. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. Page 178. ISBN 0-19-850340-7
2. , ingentaconnect.com, Hozzáférés ideje: 5 January 2007
3. Helium Fundamentals
4. The Encyclopedia of the Chemical Elements, page 264
5. Periodic Table of Elements: Li - Lithium (EnvironmentalChemistry.com)
6. The Encyclopedia of the Chemical Elements, page 260

További információk

• Izotóptömegek: Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Izotópösszetétel és standard atomtömegek: Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683–800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) Archiválva 2008. március 5-i dátummal a Wayback Machine-ben.
• A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties Archiválva 2011. július 16-i dátummal a Wayback Machine-ben, Nuc. Phys. A 729, pp. 3–128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (Hozzáférés ideje: Sept. 2005).
  • David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.

Kapcsolódó szócikkek

• General Tables – abstracts for helium and other exotic light nuclei

A hidrogén izotópjai	A hélium izotópjai	A lítium izotópjai
Izotópok listája

• Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap