Lityum izotopları sadece nükleer endüstride değil, şarj edilebilir pillerin üretiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır. İkisi doğada bulunan birkaç türü vardır. İzotoplarla nükleer reaksiyonlara, enerji endüstrisinde umut verici bir yön olan büyük miktarda radyasyon salınımı eşlik eder.
Tanım
Lityumun izotopları, belirli bir kimyasal elementin atom çeşitleridir. Nötr yüklü temel parçacıkların (nötronlar) sayısında birbirlerinden farklıdırlar. Modern bilim, atom kütleleri 4 ila 12 arasında olan, yedi tanesi yapay olan 9 izotop bilir.
Bunlardan en kararlı olanı 8Li'dir. Yarı ömrü 0.8403 saniyedir. 2 tip nükleer izomerik nüklid (yalnızca nötron sayısı değil, aynı zamanda proton sayısı bakımından da farklılık gösteren atom çekirdeği) de tanımlanmıştır - 10m1Li ve 10m2 Li. Atomların uzaydaki yapıları ve özellikleri bakımından farklıdırlar.
Doğada olmak
Doğal koşullarda, sadece 2 kararlı izotop vardır - kütlesi 6 ve 7 birim a. yemek yemek(6Li, 7Li). Bunlardan en yaygın olanı, lityumun ikinci izotopudur. Mendeleev'in periyodik sistemindeki lityumun seri numarası 3 ve ana kütle numarası 7 a.u. e. m Bu element yerkabuğunda oldukça nadirdir. Çıkarılması ve işlenmesi maliyetlidir.
Metalik lityum elde etmek için ana hammadde, klorüre dönüştürülen ve daha sonra KCl veya BaCl ile bir karışım içinde elektrolize edilen karbonatıdır (veya lityum karbonattır). Karbonat, CaO veya CaCO3 ile sinterleme yoluyla doğal malzemelerden (lepidolit, spodumen piroksen) izole edilir.
Örneklerde, lityum izotoplarının oranı büyük ölçüde değişebilir. Bu, doğal veya yapay fraksiyonlamanın bir sonucu olarak ortaya çıkar. Doğru laboratuvar deneyleri yapılırken bu gerçek dikkate alınır.
Özellikler
Lityum izotopları 6Li ve 7Li nükleer özelliklerde farklılık gösterir: atom çekirdeğinin temel parçacıklarının etkileşimi ve reaksiyon olasılığı Ürün:% s. Bu nedenle kapsamları da farklıdır.
Lityum izotopu 6Li yavaş nötronlarla bombardıman edildiğinde, süper ağır hidrojen (trityum) üretilir. Bu durumda alfa parçacıkları ayrılır ve helyum oluşur. Parçacıklar zıt yönlerde fırlatılır. Bu nükleer reaksiyon aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
İzotopun bu özelliği füzyon reaktörlerinde ve bombalarda trityum yerine alternatif olarak kullanılır, çünkü trityum daha küçükistikrar.
Lityum izotopu 7Li sıvı halde yüksek özgül ısıya ve düşük nükleer etkili kesite sahiptir. Sodyum, sezyum ve berilyum florür içeren bir alaşımda, sıvı-tuz nükleer reaktörlerinde U ve Th florürler için bir çözücünün yanı sıra bir soğutucu olarak kullanılır.
Çekirdek düzeni
Doğadaki lityum atomlarının en yaygın dizilimi 3 proton ve 4 nötron içerir. Geri kalanlarda böyle 3 tane parçacık var. Lityum izotoplarının çekirdeklerinin düzeni aşağıdaki şekilde gösterilmiştir (sırasıyla a ve b).
Bir helyum atomunun çekirdeğinden bir Li atomunun çekirdeğini oluşturmak için 1 proton ve 1 nötron eklemek gerekli ve yeterlidir. Bu parçacıklar manyetik kuvvetlerini birbirine bağlar. Nötronlar, 4 kutuptan oluşan karmaşık bir manyetik alana sahiptir, bu nedenle ilk izotop için şekilde, ortalama nötronun üç dolu kontağı ve potansiyel olarak serbest olan bir kontağı vardır.
Elementin çekirdeğini nükleonlara bölmek için gereken 7Li lityum izotopunun minimum bağlanma enerjisi 37.9 MeV'dir. Aşağıda verilen hesaplama yöntemi ile belirlenir.
Bu formüllerde değişkenler ve sabitler şu anlama gelir:
- n – nötron sayısı;
- m – nötron kütlesi;
- p – proton sayısı;
- dM, çekirdeği oluşturan parçacıkların kütlesi ile lityum izotopunun çekirdeğinin kütlesi arasındaki farktır;
- 931 meV, 1 a.u'ya karşılık gelen enerjidir. em.
Nükleerdönüşümler
Bu elementin izotoplarının çekirdeğinde en fazla 5 ekstra nötron bulunabilir. Ancak bu tür lityumun ömrü birkaç milisaniyeyi geçmez. Bir proton yakalandığında, 6Li izotopu 7Be'ye dönüşür, bu daha sonra bir alfa parçacığına ve bir helyum izotopuna bozunur 3 O. Döteronlar tarafından bombardıman edildiğinde, 8Be yeniden ortaya çıkar. Bir döteron 7Li çekirdeği tarafından yakalandığında, çekirdek hemen 2 alfa parçacığına ve bir nötrona bozunan 9Be elde edilir.
Deneylerin gösterdiği gibi, lityum izotoplarını bombalarken çok çeşitli nükleer reaksiyonlar gözlemlenebilir. Bu önemli miktarda enerji açığa çıkarır.
Al
Lityum izotop ayrımı birkaç yolla yapılabilir. En yaygın olanları:
- Buhar akışında ayırma. Bunu yapmak için, ekseni boyunca silindirik bir kaba bir diyafram yerleştirilir. Gaz halindeki izotop karışımı, yardımcı buhara doğru beslenir. Işık izotopunda zenginleştirilmiş bazı moleküller aparatın sol tarafında birikir. Bunun nedeni, hafif moleküllerin diyaframdan yüksek bir difüzyon hızına sahip olmasıdır. Üst nozuldan gelen buhar akışı ile birlikte tahliye edilirler.
- Termodiffüzyon süreci. Bu teknolojide, öncekinde olduğu gibi, hareketli moleküller için farklı hızların özelliği kullanılır. Ayırma işlemi, duvarları soğutulmuş kolonlarda gerçekleşir. İçlerinde, ortada kızgın bir tel gerilir. Doğal konveksiyonun bir sonucu olarak 2 akış ortaya çıkar - sıcak olan hareket ederteller yukarı ve soğuk - duvarlar boyunca aşağı. Hafif izotoplar üst kısımda, ağır izotoplar ise alt kısımda toplanır ve çıkarılır.
- Gaz santrifüjü. İzotopların bir karışımı, yüksek hızda dönen ince duvarlı bir silindir olan bir santrifüjde çalıştırılır. Daha ağır izotoplar, merkezkaç kuvveti ile santrifüjün duvarlarına doğru fırlatılır. Buharın hareketi nedeniyle, aşağı taşınırlar ve cihazın orta kısmından hafif izotoplar - yukarı.
- Kimyasal yöntem. Kimyasal reaksiyon, izotop akışlarını ayırmayı mümkün kılan farklı faz durumlarında bulunan 2 reaktifte ilerler. Belirli izotopların bir lazer tarafından iyonize edilip daha sonra bir manyetik alanla ayrıldığı bu teknolojinin çeşitleri vardır.
- Klorür tuzlarının elektrolizi. Bu yöntem sadece laboratuvar koşullarında lityum izotopları için kullanılır.
Uygulama
Pratik olarak tüm lityum uygulamaları, izotoplarıyla tam olarak ilişkilidir. Elementin kütle numarası 6 olan bir varyasyonu aşağıdaki amaçlar için kullanılır:
- bir trityum kaynağı olarak (reaktörlerde nükleer yakıt);
- trityum izotoplarının endüstriyel sentezi için;
- termonükleer silahlar yapmak için.
İzotop 7Li aşağıdaki alanlarda kullanılır:
- şarj edilebilir pillerin üretimi için;
- tıpta - antidepresan ve sakinleştirici üretimi için;
- reaktörlerde: bir soğutucu olarak, suyun çalışma koşullarını korumak içinnükleer santrallerin güç reaktörleri, nükleer reaktörlerin birincil devresinin demineralizörlerindeki soğutucuyu temizlemek için.
Lityum izotoplarının kapsamı genişliyor. Bu bağlamda, endüstrinin acil sorunlarından biri, mono-izotopik ürünler de dahil olmak üzere yüksek saflıkta bir madde elde etmektir.
2011 yılında, lityumun lityum izotopları ile ışınlanmasıyla elde edilen trityum pillerin üretimi de başlatıldı. Düşük akımların ve uzun hizmet ömrünün gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar (kalp pilleri ve diğer implantlar, kuyu içi sensörler ve diğer ekipmanlar). Trityumun yarı ömrü ve dolayısıyla pilin ömrü 12 yıldır.
