Литий изотоптары тек атом өнеркәсібінде ғана емес, қайта зарядталатын батареяларды өндіруде де кеңінен қолданылады. Олардың бірнеше түрі бар, олардың екеуі табиғатта кездеседі. Изотоптармен ядролық реакциялар үлкен көлемдегі радиацияның бөлінуімен бірге жүреді, бұл энергетикалық саладағы перспективті бағыт болып табылады.
Анықтама
Литий изотоптары – берілген химиялық элемент атомдарының сорттары. Олар бір-бірінен бейтарап зарядталған элементар бөлшектердің (нейтрондардың) санымен ерекшеленеді. Қазіргі ғылым мұндай 9 изотопты біледі, олардың жетеуі жасанды, атомдық массалары 4-тен 12-ге дейін.
Олардың ішінде ең тұрақтысы 8Li. Оның жартылай шығарылу кезеңі 0,8403 секунд. Ядролық изомерлік нуклидтердің 2 түрі (нейтрондар санымен ғана емес, сонымен қатар протондармен де ерекшеленетін атомдық ядролар) да анықталды - 10m1Li және 10m2 Li. Олар кеңістіктегі атомдардың құрылымы мен қасиеттері бойынша әр түрлі.
Табиғатта болу
Табиғи жағдайда тек 2 тұрақты изотоп бар – массасы 6 және 7 бірлік a. жеу(6Li, 7Li). Олардың ең көп тарағаны литийдің екінші изотопы. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі литийдің реттік нөмірі 3, ал оның негізгі массалық нөмірі 7 а.у. e. m. Бұл элемент жер қыртысында өте сирек кездеседі. Оны алу және өңдеу қымбатқа түседі.
Металл литийді алудың негізгі шикізаты оның карбонаты (немесе литий карбонаты) болып табылады, ол хлоридке айналады, содан кейін KCl немесе BaCl қоспасында электролизденеді. Карбонат CaO немесе CaCO3. қоспасы арқылы табиғи материалдардан (лепидолит, сподумен пироксен) оқшауланады.
Үлгілерде литий изотоптарының арақатынасы айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Бұл табиғи немесе жасанды фракциялау нәтижесінде пайда болады. Бұл факт дәл зертханалық эксперименттерді жүргізу кезінде ескеріледі.
Мүмкіндіктер
Литий изотоптары 6Li және 7Li ядролық қасиеттері бойынша ерекшеленеді: атом ядросының элементар бөлшектерінің әрекеттесу ықтималдығы және реакция өнімдер. Сондықтан олардың ауқымы да әртүрлі.
Литий изотопы 6Li баяу нейтрондармен бомбаланғанда аса ауыр сутегі (тритий) түзіледі. Бұл жағдайда альфа бөлшектері бөлініп, гелий түзіледі. Бөлшектер қарама-қарсы бағытта лақтырылады. Бұл ядролық реакция төмендегі суретте көрсетілген.
Изотоптың бұл қасиеті термоядролық реакторлар мен бомбалардағы тритийді алмастыру үшін балама ретінде пайдаланылады, өйткені тритий кішірек болуымен сипатталады.тұрақтылық.
Литий изотопы 7Сұйық түрдегі Li жоғары меншікті жылу мен ядролық эффективті қимасы төмен. Натрий, цезий және бериллий фториді бар қорытпада ол салқындатқыш, сондай-ақ сұйық тұзды ядролық реакторларда U және Th фторидтері үшін еріткіш ретінде пайдаланылады.
Негізгі орналасу
Табиғаттағы литий атомдарының ең көп тараған орналасуына 3 протон және 4 нейтрон кіреді. Қалғандарында осындай 3 бөлшек бар. Литий изотоптарының ядроларының орналасуы төмендегі суретте көрсетілген (тиісінше a және b).
Гелий атомының ядросынан Li атомының ядросын құру үшін 1 протон және 1 нейтрон қосу қажет және жеткілікті. Бұл бөлшектер өздерінің магниттік күштерін байланыстырады. Нейтрондардың күрделі магнит өрісі бар, ол 4 полюстен тұрады, сондықтан бірінші изотопқа арналған суретте орташа нейтронның үш бос контактісі және бір потенциалды бос контактісі бар.
Литий изотопының 7Ли элементінің ядросын нуклондарға бөлу үшін қажетті минималды байланысу энергиясы 37,9 МэВ. Ол төменде келтірілген есептеу әдісімен анықталады.
Бұл формулалардағы айнымалылар мен тұрақтылар келесі мағынаға ие:
- n – нейтрондар саны;
- m – нейтрондық масса;
- p – протондар саны;
- dM – ядроны құрайтын бөлшектердің массасы мен литий изотопының ядросының массасы арасындағы айырмашылық;
- 931 меВ – 1 а.у. б.м.
Ядролықтүрлендірулер
Бұл элементтің изотоптары ядрода 5 қосымша нейтронға дейін болуы мүмкін. Дегенмен, литийдің мұндай түрінің қызмет ету мерзімі бірнеше миллисекундтан аспайды. Протонды ұстағанда 6Li изотопы 7Be-ге айналады, содан кейін ол альфа-бөлшекке және гелий изотопына ыдырайды. 3 Ол. Дейтрондармен бомбаланғанда 8Be қайта пайда болады. Дейтронды 7Li ядросы ұстағанда, ядро 9Be алынады, ол бірден 2 альфа-бөлшекке және нейтронға ыдырайды.
Тәжірибе көрсеткендей, литий изотоптарын бомбалау кезінде әртүрлі ядролық реакцияларды байқауға болады. Бұл энергияның айтарлықтай мөлшерін бөледі.
Алу
Литий изотоптарын бөлу бірнеше жолмен жүзеге асырылуы мүмкін. Ең көп таралғандары:
- Бу ағынындағы бөлу. Ол үшін цилиндрлік ыдысқа өз осінің бойымен диафрагма салынады. Изотоптардың газ тәрізді қоспасы қосалқы буға қарай беріледі. Жарық изотопымен байытылған кейбір молекулалар аппараттың сол жағында жиналады. Бұл жарық молекулаларының диафрагма арқылы таралу жылдамдығының жоғары болуына байланысты. Олар үстіңгі саптамадан бу ағынымен бірге шығарылады.
- Термодиффузия процесі. Бұл технологияда, алдыңғы сияқты, қозғалатын молекулалар үшін әртүрлі жылдамдықтар қасиеті қолданылады. Бөлу процесі қабырғалары салқындатылған бағандарда жүреді. Олардың ішінде қып-қызыл сым ортасында созылған. Табиғи конвекция нәтижесінде 2 ағын пайда болады - жылы ағындар бойымен қозғаладысымдар жоғары, ал суық - қабырғалар бойымен төмен. Жеңіл изотоптар жоғарғы бөлікте, ал ауыр изотоптар төменгі бөлікте жинақталады және жойылады.
- Газды центрифугалау. Центрифугада изотоптар қоспасы жұмыс істейді, ол жоғары жылдамдықпен айналатын жұқа қабырғалы цилиндр. Ауырырақ изотоптар центрифуганың қабырғаларына центрифугалық күшпен лақтырылады. Бу қозғалысының арқасында олар төмен, ал жеңіл изотоптар құрылғының орталық бөлігінен жоғары көтеріледі.
- Химиялық әдіс. Химиялық реакция әртүрлі фазалық күйдегі 2 реагентте жүреді, бұл изотоп ағындарын бөлуге мүмкіндік береді. Бұл технологияның белгілі бір изотоптар лазермен иондалған, содан кейін магнит өрісі арқылы бөлінген түрлері бар.
- Хлоридті тұздардың электролизі. Бұл әдіс литий изотоптары үшін тек зертханалық жағдайларда қолданылады.
Қолданба
Литийдің іс жүзінде барлық қолданылуы оның изотоптарымен байланысты. Элементтің массалық саны 6 нұсқасы келесі мақсаттар үшін пайдаланылады:
- тритий көзі ретінде (реакторлардағы ядролық отын);
- тритий изотоптарының өнеркәсіптік синтезі үшін;
- термоядролық қару жасау үшін.
Изотоп 7Li келесі өрістерде пайдаланылады:
- қайта зарядталатын батареяларды өндіру үшін;
- медицинада - антидепрессанттар мен транквилизаторларды өндіру үшін;
- реакторларда: судың жұмыс жағдайын сақтау үшін салқындатқыш ретіндеатом электр станцияларының энергетикалық реакторлары, ядролық реакторлардың бастапқы контурының минералсыздандырғыштарындағы салқындатқышты тазалау үшін.
Литий изотоптарының қолданылу аясы кеңейіп келеді. Осыған байланысты өнеркәсіптің өзекті мәселелерінің бірі жоғары тазалықтағы затты, соның ішінде моно-изотоптық өнімдерді алу болып табылады.
2011 жылы литийді литий изотоптарымен сәулелендіру арқылы алынатын тритий батареяларының өндірісі де жолға қойылды. Олар төмен токтар және ұзақ қызмет ету мерзімі қажет болған жағдайда қолданылады (кардиостимуляторлар және басқа имплантаттар, ұңғыма датчиктері және басқа жабдық). Тритийдің жартылай шығарылу кезеңі, демек, батареяның қызмет ету мерзімі - 12 жыл.
