氦原子核是氦原子的中心部分，由两个质子和两个中子组成。它的直径约为 3.4 飞米，这是其电荷半径——电荷分布的平均半径——的两倍。1 飞米等于十亿分之一米的百万分之一，即 10⁻¹⁵ 米。氦原子核也叫阿尔法粒子。

大小

原子核没有坚硬的边界，因此其大小用电荷半径来表示。美国国家标准与技术研究院（NIST）给出的氦原子核电荷半径推荐值为 1.6785 飞米，由此可得其直径为 3.36 飞米。

目前最精确的测量，使用的是由单个 μ 子——而非两个电子——环绕的氦原子核。μ 子是一种与电子相似、但质量约为电子 200 倍的粒子。瑞士保罗·谢尔研究所的一个团队在 2021 年报告的测量结果为 1.67824 飞米，与此前用电子轰击氦原子核的实验结果一致，精度是先前的 4.8 倍。

氦原子核异常紧凑，甚至比氘——一种较重的氢同位素，原子核只含一个质子和一个中子——的原子核还要小。

大小比较

• 氦原子核的宽度大约是单个质子（直径约 1.7 飞米）的两倍，质量则约为质子的四倍。
• 铀原子核所含的质子和中子数量约为氦原子核的 60 倍，但宽度只有氦原子核的约 3.5 倍。
• 如果把氦原子核放大到篮球那么大，按同样比例放大的氢原子直径就会约为 7.6 千米。
• 大约 300 亿个氦原子核并排排列，宽度就相当于一根人类头发的宽度，约 0.1 毫米。

阿尔法粒子

许多重的放射性原子，包括自然界存在的三种铀同位素，会通过抛出一个氦原子核而发生衰变，这个过程叫作阿尔法衰变。氦太轻了，地球的引力无法让它在大气中留存数十亿年。空气中的氦几乎全部来自固体地球内部的阿尔法衰变。

阿尔法粒子是核物理学最早使用的工具之一。1919 年，欧内斯特·卢瑟福用阿尔法粒子轰击氮，把质子从氮原子核中撞了出来。1930 年，阿尔法粒子轰击金属铍，引发了一种穿透性辐射，詹姆斯·查德威克在 1932 年证明这种辐射是由中子构成的。

以太阳命名

氦最初是在太阳上被发现的，比在地球上发现要早。1868 年，法国天文学家皮埃尔·让森在一次日食期间，从太阳发出的光中探测到了氦。英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耶独立发现了这种元素，并以希腊语中表示“太阳”的词“helios”为其命名。1895 年，苏格兰化学家威廉·拉姆齐在一种名为钇铀矿（cleveite）的含铀矿物中，于地球上找到了氦。

参考资料

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• 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.