Izotopet e litiumit përdoren gjerësisht jo vetëm në industrinë bërthamore, por edhe në prodhimin e baterive të rikarikueshme. Ka disa lloje të tyre, dy prej të cilave gjenden në natyrë. Reaksionet bërthamore me izotope shoqërohen me lëshimin e sasive të mëdha të rrezatimit, i cili është një drejtim premtues në industrinë e energjisë.
Përkufizim
Izotopet e litiumit janë varietete atomesh të një elementi kimik të caktuar. Ato ndryshojnë nga njëri-tjetri në numrin e grimcave elementare të ngarkuara neutralisht (neutroneve). Shkenca moderne njeh 9 izotope të tillë, shtatë prej të cilëve janë artificialë, me masa atomike nga 4 në 12.
Nga këto, më e qëndrueshme është 8Li. Gjysma e jetës së tij është 0,8403 sekonda. Janë identifikuar gjithashtu 2 lloje të nukleideve izomere bërthamore (bërthamat atomike që ndryshojnë jo vetëm nga numri i neutroneve, por edhe protoneve) - 10m1Li dhe 10m2 Li. Ato janë të ndryshme në strukturën e atomeve në hapësirë dhe në vetitë.
Të jesh në natyrë
Në kushte natyrore, ekzistojnë vetëm 2 izotopë të qëndrueshëm - me masë 6 dhe 7 njësi a. hani(6Li, 7Li). Më i zakonshmi prej tyre është izotopi i dytë i litiumit. Litiumi në sistemin periodik të Mendelejevit ka numrin serik 3, dhe numri i tij masiv kryesor është 7 a.u. e. m. Ky element është mjaft i rrallë në koren e tokës. Nxjerrja dhe përpunimi i tij janë të kushtueshme.
Lënda e parë kryesore për marrjen e litiumit metalik është karbonati i tij (ose karbonati i litiumit), i cili shndërrohet në klorur dhe më pas elektrolizohet në një përzierje me KCl ose BaCl. Karbonati izolohet nga materialet natyrore (lepidoliti, spodumen pirokseni) duke sinterizuar me CaO ose CaCO3.
Në mostra, raporti i izotopeve të litiumit mund të ndryshojë shumë. Kjo ndodh si rezultat i fraksionimit natyror ose artificial. Ky fakt merret parasysh kur kryhen eksperimente të sakta laboratorike.
Karakteristikat
Izotopet e litiumit 6Li dhe 7Li ndryshojnë në vetitë bërthamore: probabiliteti i ndërveprimit të grimcave elementare të bërthamës atomike dhe reaksioni produkteve. Prandaj, shtrirja e tyre është gjithashtu e ndryshme.
Kur izotopi i litiumit 6Li bombardohet me neutrone të ngad altë, prodhohet hidrogjen tepër i rëndë (tritium). Në këtë rast, grimcat alfa ndahen dhe formohet helium. Grimcat hidhen në drejtime të kundërta. Ky reaksion bërthamor është paraqitur në figurën më poshtë.
Kjo veti e izotopit përdoret si një alternativë për të zëvendësuar tritiumin në reaktorët e shkrirjes dhe bombat, pasi tritiumi karakterizohet nga një sasi më e vogëlstabilitet.
Izotopi i litiumit 7Li në formë të lëngshme ka një nxehtësi të lartë specifike dhe seksion kryq efektiv bërthamor të ulët. Në një aliazh me fluor natriumi, cezium dhe berilium, përdoret si ftohës, si dhe si tretës për fluoridet U dhe Th në reaktorët bërthamorë me kripë të lëngshme.
Paraqitja kryesore
Rregullimi më i zakonshëm i atomeve të litiumit në natyrë përfshin 3 protone dhe 4 neutrone. Pjesa tjetër ka 3 grimca të tilla. Paraqitja e bërthamave të izotopeve të litiumit është paraqitur në figurën më poshtë (a dhe b, përkatësisht).
Për të formuar bërthamën e një atomi Li nga bërthama e një atomi të heliumit, është e nevojshme dhe e mjaftueshme të shtoni 1 proton dhe 1 neutron. Këto grimca lidhin forcat e tyre magnetike. Neutronet kanë një fushë magnetike komplekse, e cila përbëhet nga 4 pole, kështu që në figurën për izotopin e parë, neutroni mesatar ka tre kontakte të zëna dhe një potencialisht të lirë.
Energjia minimale e lidhjes së izotopit të litiumit 7Li e nevojshme për të ndarë bërthamën e elementit në nukleone është 37,9 MeV. Ajo përcaktohet nga metoda e llogaritjes e dhënë më poshtë.
Në këto formula, variablat dhe konstantet kanë kuptimin e mëposhtëm:
- n – numri i neutroneve;
- m – masa neutron;
- p – numri i protoneve;
- dM është ndryshimi midis masës së grimcave që përbëjnë bërthamën dhe masës së bërthamës së izotopit të litiumit;
- 931 meV është energjia që korrespondon me 1 a.u. e.m.
Bërthamoretransformimet
Izotopet e këtij elementi mund të kenë deri në 5 neutrone shtesë në bërthamë. Megjithatë, jetëgjatësia e këtij lloji të litiumit nuk i kalon disa milisekonda. Kur kapet një proton, izotopi 6Li kthehet në 7Be, i cili më pas zbërthehet në një grimcë alfa dhe një izotop helium 3 Ai. Kur bombardohet nga deuteronët, 8Be rishfaqet. Kur një deuteron kapet nga bërthama 7Li, fitohet bërthama 9Be, e cila menjëherë zbërthehet në 2 grimca alfa dhe një neutron.
Siç tregojnë eksperimentet, kur bombardohen izotopet e litiumit, mund të vërehet një shumëllojshmëri e gjerë e reaksioneve bërthamore. Kjo çliron një sasi të konsiderueshme energjie.
Merr
Ndarja e izotopit të litiumit mund të bëhet në disa mënyra. Më të zakonshmet janë:
- Ndarja në rrjedhjen e avullit. Për ta bërë këtë, një diafragmë vendoset në një enë cilindrike përgjatë boshtit të saj. Përzierja e gaztë e izotopeve ushqehet drejt avullit ndihmës. Disa nga molekulat e pasuruara në izotopin e dritës grumbullohen në anën e majtë të aparatit. Kjo është për shkak të faktit se molekulat e dritës kanë një shkallë të lartë të difuzionit nëpër diafragmë. Ato shkarkohen së bashku me rrjedhën e avullit nga gryka e sipërme.
- Procesi i termodifuzionit. Në këtë teknologji, si në atë të mëparshme, përdoret vetia e shpejtësive të ndryshme për lëvizjen e molekulave. Procesi i ndarjes zhvillohet në kolona, muret e të cilave ftohen. Brenda tyre, një tel i nxehtë është shtrirë në qendër. Si rezultat i konvekcionit natyror, lindin 2 rrjedha - e ngrohta lëviz përgjatëtelat lart, dhe të ftohtë - përgjatë mureve poshtë. Izotopet e lehta grumbullohen dhe hiqen në pjesën e sipërme, dhe izotopet e rënda në pjesën e poshtme.
- Centrifugim me gaz. Një përzierje izotopësh futet në një centrifugë, e cila është një cilindër me mure të hollë që rrotullohet me shpejtësi të lartë. Izotopet më të rënda hidhen me forcë centrifugale kundër mureve të centrifugës. Për shkak të lëvizjes së avullit, ato barten poshtë, dhe izotopet e lehta nga pjesa qendrore e pajisjes - lart.
- Metodë kimike. Reaksioni kimik zhvillohet në 2 reagjentë që janë në gjendje të ndryshme fazore, gjë që bën të mundur ndarjen e rrjedhave të izotopeve. Ka lloje të kësaj teknologjie, kur disa izotope jonizohen nga një lazer dhe më pas ndahen nga një fushë magnetike.
- Elektroliza e kripërave të klorurit. Kjo metodë përdoret për izotopet e litiumit vetëm në kushte laboratorike.
Aplikacion
Praktikisht të gjitha aplikimet e litiumit lidhen pikërisht me izotopet e tij. Një variacion i elementit me një numër masiv prej 6 përdoret për qëllimet e mëposhtme:
- si burim i tritiumit (karburant bërthamor në reaktorë);
- për sintezën industriale të izotopeve të tritiumit;
- për prodhimin e armëve termonukleare.
Izotop 7Li përdoret në fushat e mëposhtme:
- për prodhimin e baterive të rikarikueshme;
- në mjekësi - për prodhimin e antidepresantëve dhe qetësuesve;
- në reaktorë: si ftohës, për të ruajtur kushtet e funksionimit të ujitreaktorët e energjisë të termocentraleve bërthamore, për të pastruar ftohësin në demineralizuesit e qarkut primar të reaktorëve bërthamorë.
Sfera e izotopeve të litiumit po bëhet më e gjerë. Në këtë drejtim, një nga problemet urgjente të industrisë është marrja e një lënde me pastërti të lartë, duke përfshirë produktet mono-izotopike.
Në vitin 2011 nisi edhe prodhimi i baterive të tritiumit, të cilat përftohen nga rrezatimi i litiumit me izotope litium. Ato përdoren aty ku nevojiten rryma të ulëta dhe jetëgjatësi të gjatë shërbimi (pacemakers dhe implante të tjera, sensorë të gropës dhe pajisje të tjera). Gjysma e jetës së tritiumit, dhe rrjedhimisht jeta e baterisë, është 12 vjet.
