Isotop litium digunakan secara meluas bukan sahaja dalam industri nuklear, tetapi juga dalam pengeluaran bateri boleh dicas semula. Terdapat beberapa jenis mereka, dua daripadanya terdapat di alam semula jadi. Tindak balas nuklear dengan isotop disertai dengan pembebasan sejumlah besar sinaran, yang merupakan arah yang menjanjikan dalam industri tenaga.
Definisi
Isotop litium ialah jenis atom bagi unsur kimia tertentu. Mereka berbeza antara satu sama lain dalam bilangan zarah asas bercas neutral (neutron). Sains moden mengetahui 9 isotop sedemikian, tujuh daripadanya adalah tiruan, dengan jisim atom dari 4 hingga 12.
Daripada jumlah ini, yang paling stabil ialah 8Li. Separuh hayatnya ialah 0.8403 saat. 2 jenis nukleus isomer nuklear (nukleus atom yang berbeza bukan sahaja dalam bilangan neutron, tetapi juga proton) juga telah dikenal pasti - 10m1Li dan 10m2 Li. Mereka berbeza dalam struktur atom dalam ruang dan dalam sifat.
Berada dalam alam semula jadi
Dalam keadaan semula jadi, hanya terdapat 2 isotop stabil - dengan jisim 6 dan 7 unit a. makan(6Li, 7Li). Yang paling biasa ialah isotop kedua litium. Litium dalam sistem berkala Mendeleev mempunyai nombor siri 3, dan nombor jisim utamanya ialah 7 a.u. e. m. Unsur ini agak jarang ditemui di kerak bumi. Pengekstrakan dan pemprosesannya mahal.
Bahan mentah utama untuk mendapatkan litium logam ialah karbonatnya (atau litium karbonat), yang ditukar kepada klorida, dan kemudian dielektrolisis dalam campuran dengan KCl atau BaCl. Karbonat diasingkan daripada bahan semula jadi (lepidolite, spodumene pyroxene) dengan mensinter dengan CaO atau CaCO3.
Dalam sampel, nisbah isotop litium boleh berbeza-beza. Ini berlaku akibat daripada pecahan semula jadi atau buatan. Fakta ini diambil kira semasa menjalankan eksperimen makmal yang tepat.
Ciri
Isotop litium 6Li dan 7Li berbeza dalam sifat nuklear: kebarangkalian interaksi zarah asas nukleus atom dan tindak balas produk. Oleh itu, skop mereka juga berbeza.
Apabila isotop litium 6Li dihujani dengan neutron perlahan, hidrogen (tritium) berat terhasil. Dalam kes ini, zarah alfa terbelah dan helium terbentuk. Zarah dikeluarkan dalam arah yang bertentangan. Tindak balas nuklear ini ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Sifat isotop ini digunakan sebagai alternatif untuk menggantikan tritium dalam reaktor gabungan dan bom, kerana tritium dicirikan oleh yang lebih kecil.kestabilan.
Isotop litium 7Li dalam bentuk cecair mempunyai haba tentu yang tinggi dan keratan rentas berkesan nuklear yang rendah. Dalam aloi dengan natrium, cesium dan berilium fluorida, ia digunakan sebagai penyejuk, serta pelarut untuk fluorida U dan Th dalam reaktor nuklear garam cecair.
Susun atur teras
Susunan atom litium yang paling biasa dalam alam semula jadi termasuk 3 proton dan 4 neutron. Selebihnya mempunyai 3 zarah sedemikian. Susun atur nukleus isotop litium ditunjukkan dalam rajah di bawah (masing-masing a dan b).
Untuk membentuk nukleus atom Li daripada nukleus atom helium, adalah perlu dan mencukupi untuk menambah 1 proton dan 1 neutron. Zarah-zarah ini menyambungkan daya magnetnya. Neutron mempunyai medan magnet yang kompleks, yang terdiri daripada 4 kutub, jadi dalam rajah untuk isotop pertama, neutron purata mempunyai tiga sesentuh yang diduduki dan satu yang berpotensi membebaskan satu.
Tenaga pengikat minimum isotop litium 7Li yang diperlukan untuk membelah nukleus unsur kepada nukleon ialah 37.9 MeV. Ia ditentukan oleh kaedah pengiraan yang diberikan di bawah.
Dalam formula ini, pembolehubah dan pemalar mempunyai makna berikut:
- n – bilangan neutron;
- m – jisim neutron;
- p – bilangan proton;
- dM ialah perbezaan antara jisim zarah yang membentuk nukleus dan jisim nukleus isotop litium;
- 931 meV ialah tenaga yang sepadan dengan 1 a.u. e.m.
Nukleartransformasi
Isotop unsur ini boleh mempunyai sehingga 5 neutron tambahan dalam nukleus. Walau bagaimanapun, jangka hayat litium jenis ini tidak melebihi beberapa milisaat. Apabila proton ditangkap, isotop 6Li bertukar menjadi 7Be, yang kemudiannya mereput menjadi zarah alfa dan isotop helium 3 Dia. Apabila dihujani deuteron, 8Jadilah muncul semula. Apabila deuteron ditangkap oleh nukleus 7Li, nukleus diperoleh 9Be, yang serta-merta mereput menjadi 2 zarah alfa dan neutron.
Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, apabila mengebom isotop litium, pelbagai jenis tindak balas nuklear boleh diperhatikan. Ini membebaskan sejumlah besar tenaga.
Terima
Pemisahan isotop litium boleh dilakukan dalam beberapa cara. Yang paling biasa ialah:
- Pemisahan dalam aliran wap. Untuk melakukan ini, diafragma diletakkan di dalam bekas silinder di sepanjang paksinya. Campuran gas isotop disalurkan ke arah wap tambahan. Sebahagian daripada molekul yang diperkaya dalam isotop cahaya terkumpul di sebelah kiri radas. Ini disebabkan oleh fakta bahawa molekul cahaya mempunyai kadar resapan yang tinggi melalui diafragma. Ia dinyahcas bersama-sama dengan aliran wap dari muncung atas.
- Proses Thermodiffusion. Dalam teknologi ini, seperti yang sebelumnya, sifat kelajuan yang berbeza untuk molekul bergerak digunakan. Proses pemisahan berlaku dalam lajur yang dindingnya disejukkan. Di dalamnya, wayar merah panas diregangkan di tengah. Hasil daripada perolakan semula jadi, 2 aliran timbul - yang hangat bergerak bersamawayar ke atas, dan sejuk - sepanjang dinding ke bawah. Isotop ringan terkumpul dan dikeluarkan di bahagian atas, dan isotop berat di bahagian bawah.
- Emparan gas. Campuran isotop dijalankan dalam emparan, iaitu silinder berdinding nipis berputar pada kelajuan tinggi. Isotop yang lebih berat dilemparkan oleh daya emparan ke dinding emparan. Disebabkan oleh pergerakan wap, ia dibawa ke bawah, dan isotop ringan dari bahagian tengah peranti - ke atas.
- Kaedah kimia. Tindak balas kimia berlaku dalam 2 reagen yang berada dalam keadaan fasa yang berbeza, yang memungkinkan untuk memisahkan aliran isotop. Terdapat pelbagai jenis teknologi ini, apabila isotop tertentu diionkan oleh laser dan kemudian dipisahkan oleh medan magnet.
- Elektrolisis garam klorida. Kaedah ini digunakan untuk isotop litium hanya dalam keadaan makmal.
Permohonan
Secara praktikal semua aplikasi litium dikaitkan dengan tepat dengan isotopnya. Variasi unsur dengan nombor jisim 6 digunakan untuk tujuan berikut:
- sebagai sumber tritium (bahan api nuklear dalam reaktor);
- untuk sintesis industri isotop tritium;
- untuk membuat senjata termonuklear.
Isotop 7Li digunakan dalam medan berikut:
- untuk pengeluaran bateri boleh dicas semula;
- dalam perubatan - untuk pembuatan antidepresan dan penenang;
- dalam reaktor: sebagai penyejuk, untuk mengekalkan keadaan operasi airreaktor kuasa loji kuasa nuklear, untuk membersihkan penyejuk dalam penyahmineral litar utama reaktor nuklear.
Skop isotop litium menjadi lebih luas. Dalam hal ini, salah satu masalah mendesak industri adalah untuk mendapatkan bahan ketulenan tinggi, termasuk produk mono-isotop.
Pada tahun 2011, pengeluaran bateri tritium turut dilancarkan, yang diperoleh dengan menyinari litium dengan isotop litium. Ia digunakan di mana arus rendah dan hayat perkhidmatan yang panjang diperlukan (perentak jantung dan implan lain, penderia lubang bawah dan peralatan lain). Separuh hayat tritium, dan oleh itu hayat bateri, ialah 12 tahun.
