Изотопы гелия

Гелий в атмосфере, почти весь состоящий из тяжёлого нуклида He⁴, 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)^[1]. 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:

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

Тритий с периодом полураспада (T_1/2=12,46 лет) превращается в ³He:

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

Звёздный гелий (гелий Вселенной) — продукт термоядерной реакции синтеза ядер водорода, протекающей на Солнце и звездах по протон-протонному и углеродно-азотному циклам^[1].

Известны ещё шесть радиоактивных изотопов гелия, являющихся продуктами искусственных ядерных реакций. Так, например, нуклид ⁶He был получен при бомбардировке бериллия нейтронами^[1]:

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

• 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.