Litijevi izotopi se pogosto uporabljajo ne le v jedrski industriji, ampak tudi pri proizvodnji baterij za ponovno polnjenje. Obstaja več vrst, od katerih dve najdemo v naravi. Jedrske reakcije z izotopi spremlja sproščanje velikih količin sevanja, kar je obetavna smer v energetski industriji.
Definicija
Izotopi litija so vrste atomov določenega kemičnega elementa. Med seboj se razlikujejo po številu nevtralno nabitih elementarnih delcev (nevtronov). Sodobna znanost pozna 9 takšnih izotopov, od katerih je sedem umetnih, z atomsko maso od 4 do 12.
Od teh je najbolj stabilen 8Li. Njegova razpolovna doba je 0,8403 sekunde. Ugotovljeni sta bili tudi 2 vrsti jedrskih izomernih nuklidov (atomska jedra, ki se ne razlikujejo samo po številu nevtronov, ampak tudi po protonih) - 10m1Li in 10m2 Li. Razlikujejo se po zgradbi atomov v prostoru in po lastnostih.
Biti v naravi
V naravnih razmerah obstajata samo 2 stabilna izotopa - z maso 6 in 7 enot a. jesti(6Li, 7Li). Najpogostejši med njimi je drugi izotop litija. Litij v periodičnem sistemu Mendelejeva ima serijsko številko 3, njegova glavna masna številka pa je 7 a.u. e. m. Ta element je v zemeljski skorji precej redek. Njegovo pridobivanje in predelava sta draga.
Glavna surovina za pridobivanje kovinskega litija je njegov karbonat (ali litijev karbonat), ki se pretvori v klorid in nato elektrolizira v mešanici s KCl ali BaCl. Karbonat je izoliran iz naravnih materialov (lepidolit, spodumen piroksen) s sintranjem s CaO ali CaCO3.
V vzorcih se lahko razmerje litijevih izotopov zelo razlikuje. To se zgodi kot posledica naravnega ali umetnega frakcioniranja. To dejstvo se upošteva pri izvajanju natančnih laboratorijskih poskusov.
Funkcije
Litijevi izotopi 6Li in 7Li se razlikujejo po jedrskih lastnostih: verjetnost interakcije elementarnih delcev atomskega jedra in reakcija izdelki. Zato je tudi njihov obseg drugačen.
Ko je litijev izotop 6Li bombardiran s počasnimi nevtroni, nastane supertežak vodik (tritij). V tem primeru se alfa delci odcepijo in nastane helij. Delci se izločajo v nasprotnih smereh. Ta jedrska reakcija je prikazana na spodnji sliki.
Ta lastnost izotopa se uporablja kot alternativa za zamenjavo tritija v fuzijskih reaktorjih in bombah, saj je za tritij značilna manjšastabilnost.
Litijev izotop 7Li v tekoči obliki ima visoko specifično toploto in nizek jedrski učinkovit presek. V zlitini z natrijevim, cezijem in berilijevim fluoridom se uporablja kot hladilno sredstvo, pa tudi kot topilo za U in Th fluoride v jedrskih reaktorjih s tekočo soljo.
jedrna postavitev
Najpogostejša razporeditev litijevih atomov v naravi vključuje 3 protone in 4 nevtrone. Ostali imajo 3 take delce. Razporeditev jeder litijevih izotopov je prikazana na spodnji sliki (a in b).
Za tvorbo jedra atoma Li iz jedra atoma helija je potrebno in dovolj dodati 1 proton in 1 nevtron. Ti delci povezujejo svoje magnetne sile. Nevtroni imajo kompleksno magnetno polje, ki je sestavljeno iz 4 polov, tako da ima na sliki za prvi izotop povprečni nevtron tri zasedene kontakte in enega potencialno prostega.
Minimalna energija vezave litijevega izotopa 7Li, potrebna za razdelitev jedra elementa na nukleone, je 37,9 MeV. Določa se s spodaj navedenim načinom izračuna.
V teh formulah imajo spremenljivke in konstante naslednji pomen:
- n – število nevtronov;
- m – nevtronska masa;
- p – število protonov;
- dM je razlika med maso delcev, ki sestavljajo jedro, in maso jedra litijevega izotopa;
- 931 meV je energija, ki ustreza 1 a.u. e.m.
Jedrskatransformacije
Izotopi tega elementa imajo lahko do 5 dodatnih nevtronov v jedru. Vendar življenjska doba tovrstnega litija ne presega nekaj milisekund. Ko je proton ujet, se izotop 6Li spremeni v 7Be, ki nato razpade v alfa delec in helijev izotop 3 On. Ko bombardirajo devtroni, se ponovno pojavi 8Be. Ko devteron ujame jedro 7Li, dobimo jedro 9Be, ki takoj razpade na 2 alfa delca in nevtron.
Kot kažejo poskusi, lahko pri bombardiranju litijevih izotopov opazimo najrazličnejše jedrske reakcije. To sprosti znatno količino energije.
Prejmi
Ločitev litijevih izotopov je mogoče izvesti na več načinov. Najpogostejši so:
- Ločitev v pretoku pare. Da bi to naredili, je diafragma nameščena v valjasto posodo vzdolž njene osi. Plinasta zmes izotopov se dovaja proti pomožni pari. Nekatere molekule, obogatene s svetlobnim izotopom, se kopičijo na levi strani aparata. To je posledica dejstva, da imajo svetlobne molekule visoko stopnjo difuzije skozi diafragmo. Odvajajo se skupaj s tokom pare iz zgornje šobe.
- Termodifuzijski proces. V tej tehnologiji, tako kot v prejšnji, se uporablja lastnost različnih hitrosti za premikanje molekul. Postopek ločevanja poteka v stebrih, katerih stene so ohlajene. Znotraj njih je na sredini raztegnjena vroča žica. Kot posledica naravne konvekcije nastaneta 2 toka - topli se premika naprejžice navzgor, hladno pa - vzdolž sten navzdol. Lahki izotopi se kopičijo in odstranijo v zgornjem delu, težki izotopi pa v spodnjem delu.
- Plinsko centrifugiranje. Mešanica izotopov poteka v centrifugi, ki je tankostenski valj, ki se vrti z veliko hitrostjo. Težji izotopi se s centrifugalno silo vržejo ob stene centrifuge. Zaradi gibanja pare se odnesejo navzdol, lahki izotopi iz osrednjega dela naprave pa navzgor.
- Kemična metoda. Kemična reakcija poteka v dveh reagentih, ki sta v različnih faznih stanjih, kar omogoča ločevanje tokov izotopov. Obstajajo različice te tehnologije, ko se določene izotope ionizirajo z laserjem in nato ločijo z magnetnim poljem.
- Elektroliza kloridnih soli. Ta metoda se uporablja za litijeve izotope samo v laboratorijskih pogojih.
Prijava
Praktično vse uporabe litija so povezane prav z njegovimi izotopi. Različica elementa z masnim številom 6 se uporablja za naslednje namene:
- kot vir tritija (jedrsko gorivo v reaktorjih);
- za industrijsko sintezo tritijevih izotopov;
- za izdelavo termonuklearnega orožja.
Izotop 7Li se uporablja v naslednjih poljih:
- za proizvodnjo baterij za ponovno polnjenje;
- v medicini - za proizvodnjo antidepresivov in pomirjeval;
- v reaktorjih: kot hladilno sredstvo, za vzdrževanje delovnih pogojev vodeenergetskih reaktorjev jedrskih elektrarn, za čiščenje hladilne tekočine v demineralizatorjih primarnega kroga jedrskih reaktorjev.
Obseg litijevih izotopov postaja širši. V zvezi s tem je eden od perečih problemov industrije pridobivanje snovi visoke čistosti, vključno z mono-izotopskimi proizvodi.
V letu 2011 je stekla tudi proizvodnja tritijevih baterij, ki jih dobimo z obsevanjem litija z litijevimi izotopi. Uporabljajo se tam, kjer so potrebni nizki tokovi in dolga življenjska doba (spodbujevalniki in drugi vsadki, vrtinski senzorji in druga oprema). Razpolovna doba tritija in s tem življenjska doba baterije je 12 let.
