ایزوتوپ های هلیم

[Jack Daniel'ѕ]

تا کنون ۸ ایزوتوپ برای هلیم پیدا شده‌است. که از میان آنها هلیم-۳ و هلیم-۴ تنها ایزوتوپ‌های پایدار آن اند. در هواکرهٔ زمین در برابر هر یک اتم هلیم-۳ یک میلیون هلیم-۴ وجود دارد.[۴] برخلاف بیشتر عنصرها، فراوانی ایزوتوپ‌های هلیم بسته به منبع تولید و فرایند پدیداری شان بسیار متفاوت است. فراوان ترین ایزوتوپ آن، هلیم-۴ در زمین از راه واپاشی آلفای عنصرهای پرتوزای سنگین تر تولید می‌شود. پرتوهای آلفای تابیده شده همگی هسته‌های یونیزه شدهٔ هلیم-۴ اند. هلیم-۴ به طرز غیرمعمولی هستهٔ پایداری دارد چون ذره‌های هسته‌ای آن از آرایش الکترونی پایداری برخوردازند. این ایزوتوپ‌ها در جریان هسته‌زایی مهبانگ به فراوانی تولید شدند.

هلیم-۳ به مقدار بسیار ناچیز یافت می‌شود که بیشتر آن از هنگامهٔ ساخت زمین به جای مانده. گاهی هم هلیم گیر افتاده در گرد و غبار کیهانی هم وارد زمین شده‌است.[۲۹] همچنین در اثر واپاشی بتای تریتیوم هم اندکی هلیم-۳ تولید می‌شود.[۳۰] در سنگ‌های پوستهٔ زمین ایزوتوپ‌هایی از هلیم پیدا می‌شود که نسبت یک به ده دارد با توجه به این نسبت‌ها می توان دربارهٔ منشا سنگ‌ها و ساختار گوشتهٔ زمین پژوهش کرد.[۲۹] هلیم بیش از همه به عنوان محصول واکنش‌های همجوشی در ستاره‌ها پیدا می‌شود. بنابراین در محیط‌های میان ستاره‌ای نسبت هلیم-۳ به هلیم-۴ نزدیک به صد برابر بیشتر از نسبت آن در زمین است.[۳۱] در ماده‌های فرازمینی مانند سنگ‌های موجود در ماه یا سیارک‌ها می توان ردّ پای هلیم-۳ را از هنگامی که در اثر بادهای خورشیدی پرتاب شدند، پیدا کرد. غلظت هلیم-۳ موجود در ماه، ۰٫۰۱ ppm است (یک بخش در میلیون) که بسیار بالاتر از مقدار آن، ۵ ppt در هواکرهٔ زمین است (یک بخش در تریلیون).[۳۲][۳۳] دسته‌ای از جملهٔ آن‌ها جرارلد کالسینسکی در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد دادند[۳۴] که در سطح ماه جستجو شود و از معدن‌های هلیم-۳ آن برای واکنش همجوشی هسته‌ای بهره برداری شود.

هلیم-۴ مایع را می توان با کمک کولرهای آبی ویژه تا نزدیک به ۱ کلوین سرد کرد. روش سردسازی هلیم-۳ مانند هلیم-۴ است با این تفاوت که هلیم-۳ نقطهٔ جوش پایین تری، نزدیک به ۰٫۲ کلوین دارد و این فرایند در سردساز هلیم-۳ روی می‌دهد. اگر بخواهیم مخلوطی از هلیم-۳ و هلیم-۴ با نسبت‌های برابر در زیر ۰٫۸ کلوین داشته باشیم این دو به به دلیل ناهمانندی به صورت دو بخش مخلوط نشدنی از هم جدا می‌شوند (اتم‌های هلیم-۴ را بوزون‌ها تشکیل می‌دهد در حالی که در هلیم-۳ فرمیون‌ها سازندهٔ اتم‌هایند.[۵]) این ویژگی هلیم در یخچال‌های رقیق‌سازی برای رسیدن به دمای چند میلی کلوین به کار می‌آید.

می توان به صورت آزمایشگاهی هم ایزوتوپ هلیم درست کرد اما این ایزوتوپ‌ها خیلی زود به دیگر ماده‌ها دگرگون می‌شوند. برای نمونه می توان از هلیم-۵ یاد کرد که دارای کوتاه ترین نیمه‌عمر، ۷٫۶×۱۰−۲۲ ثانیه‌است. پس از آن هلیم-۶ است که تابش بتا و نیمه عمر ۰٫۸ ثانیه دارد. هلیم-۷ ذرات بتا و پرتوی گاما می تاباند. هلیم-۷ و هلیم-۸ هر دو در شرایط ویژهٔ واکنش‌های هسته‌ای پدید می‌آیند.[۵] هلیم-۶ و هلیم-۸ هر دو با نام Nuclear halo هم شناخته شده‌اند. به این معنی که شعاع بدست آمده برای آنها بسیار بیشتر از مقدار پیشبینی شده توسط مدل‌های اندازه گیری (برای نمونه liquid drop model) است