Ядро гелію — це центр атома гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів. Воно має в поперечнику приблизно 3,4 фемтометра. Цю величину отримують як подвоєний зарядовий радіус ядра — середній радіус його електричного заряду. Фемтометр — це мільйонна частка мільярдної частки метра (10⁻¹⁵ метра). Ядро гелію також називають альфа-частинкою.

Розмір

Ядро не має чіткого краю, тому його розмір подають як зарядовий радіус. Для ядра гелію рекомендоване значення, яке наводить Національний інститут стандартів і технологій США (NIST), становить 1,6785 фемтометра. Отже, ядро має в поперечнику 3,36 фемтометра.

Найточніше вимірювання провели на ядрах гелію, навколо яких замість двох електронів обертався один мюон. Мюон — це частинка, схожа на електрон, але приблизно у 200 разів важча. У 2021 році група, що працювала в Інституті Пауля Шеррера у Швейцарії, повідомила про результат 1,67824 фемтометра. Цей результат узгоджується з попередніми експериментами, в яких на ядра гелію спрямовували електрони, і є у 4,8 раза точнішим.

Ядро гелію незвично компактне. Воно навіть менше за ядро дейтерію, важкої форми водню, яке містить лише один протон і один нейтрон.

Порівняння розмірів

Ядро гелію приблизно вдвічі ширше за один протон, який має в поперечнику приблизно 1,7 фемтометра, і має приблизно вчетверо більшу масу.
Ядро урану містить приблизно у 60 разів більше протонів і нейтронів, ніж ядро гелію, але лише приблизно у 3,5 раза ширше.
Якби ядро гелію збільшили до розміру баскетбольного м’яча, атом водню в тому самому масштабі мав би в поперечнику близько 7,6 кілометра.
Приблизно 30 мільярдів ядер гелію, розташованих бік о бік, дорівнювали б за шириною людській волосині, яка завтовшки приблизно 0,1 міліметра.

Альфа-частинки

Багато важких радіоактивних атомів, зокрема три різновиди урану, що трапляються в природі, розпадаються, викидаючи ядро гелію. Це називають альфа-розпадом. Гелій надто легкий, щоб гравітація Землі втримувала його в атмосфері впродовж мільярдів років. Гелій у повітрі майже повністю походить від альфа-розпаду всередині твердої Землі.

Альфа-частинки були одними з перших інструментів ядерної фізики. У 1919 році Ернест Резерфорд обстрілював ними азот і вибивав протони з його ядер. У 1930 році альфа-частинки, спрямовані на метал берилій, викликали проникне випромінювання, яке, як показав у 1932 році Джеймс Чедвік, складається з нейтронів.

Названий на честь Сонця

Гелій знайшли на Сонці раніше, ніж на Землі. У 1868 році французький астроном П’єр Жансен виявив його у світлі Сонця під час сонячного затемнення. Англійський астроном Джозеф Норман Локьєр знайшов його незалежно і назвав за грецьким словом, що означає Сонце, — «геліос». У 1895 році шотландський хімік Вільям Рамзай знайшов гелій на Землі, в урановому мінералі клевеїті.

Джерела

Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
How big is the alpha particle? Laser spectroscopy provides new results with record precision. Max Planck Institute of Quantum Optics, 2021.
Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
Helium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
Uranium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
James Chadwick: Facts. Nobel Prize Outreach.
James Chadwick: Biographical. Nobel Prize Outreach.
Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Alpha particle-proton mass ratio. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Bohr radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.

Report a Problem

for Ядро гелію