Litium izotopları təkcə nüvə sənayesində deyil, həm də təkrar doldurulan batareyaların istehsalında geniş istifadə olunur. Onların bir neçə növü var, bunlardan ikisi təbiətdə olur. İzotoplarla nüvə reaksiyaları enerji sənayesində perspektivli istiqamət olan böyük miqdarda radiasiyanın buraxılması ilə müşayiət olunur.
Tərif
Litiumun izotopları verilmiş kimyəvi elementin atomlarının növləridir. Onlar bir-birindən neytral yüklü elementar hissəciklərin (neytronların) sayına görə fərqlənirlər. Müasir elm 9 belə izotop bilir, onlardan yeddisi sünidir, atom kütləsi 4-dən 12-yə qədərdir.
Bunlardan ən stabili 8Li-dir. Onun yarı ömrü 0,8403 saniyədir. 2 növ nüvə izomer nuklidi (təkcə neytronların deyil, həm də protonların sayına görə fərqlənən atom nüvələri) müəyyən edilmişdir - 10m1Li və 10m2 Li. Onlar kosmosdakı atomların quruluşuna və xassələrinə görə fərqlidirlər.
Təbiətdə olmaq
Təbii şəraitdə cəmi 2 sabit izotop var - kütləsi 6 və 7 vahid a. yemək(6Li, 7Li). Bunlardan ən çox yayılmışı litiumun ikinci izotopudur. Mendeleyevin dövri sistemindəki litiumun seriya nömrəsi 3, əsas kütlə nömrəsi isə 7 a.u. e. m. Bu element yer qabığında olduqca nadirdir. Onun çıxarılması və emalı baha başa gəlir.
Metal litiumun alınması üçün əsas xammal onun karbonatıdır (və ya litium karbonatdır), o, xloridə çevrilir və sonra KCl və ya BaCl ilə qarışıqda elektroliz edilir. Karbonat CaO və ya CaCO3 ilə sinterlənərək təbii materiallardan (lepidolit, spodumen piroksen) təcrid olunur.
Nümunələrdə litium izotoplarının nisbəti çox dəyişə bilər. Bu, təbii və ya süni fraksiyalaşma nəticəsində baş verir. Bu fakt dəqiq laboratoriya təcrübələri aparılarkən nəzərə alınır.
Xüsusiyyətlər
Litium izotopları 6Li və 7Li nüvə xassələrinə görə fərqlənir: atom nüvəsinin elementar hissəciklərinin qarşılıqlı təsiri və reaksiya ehtimalı məhsullar. Buna görə də onların əhatə dairəsi də fərqlidir.
Litium izotopu 6Li yavaş neytronlarla bombardman edildikdə, super ağır hidrogen (tritium) əmələ gəlir. Bu zaman alfa hissəcikləri parçalanır və helium əmələ gəlir. Hissəciklər əks istiqamətdə atılır. Bu nüvə reaksiyası aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.
İzotopun bu xüsusiyyəti füzyon reaktorlarında və bombalarda tritiumu əvəz etmək üçün alternativ kimi istifadə olunur, çünki tritium daha kiçikdir.sabitlik.
Litium izotopu 7Li maye halında yüksək xüsusi istiliyə və aşağı nüvə effektli en kəsiyinə malikdir. Natrium, sezium və berilyum flüorid ilə ərintidə o, maye-duz nüvə reaktorlarında soyuducu, həmçinin U və Th ftoridləri üçün həlledici kimi istifadə olunur.
Əsas tərtibat
Təbiətdə litium atomlarının ən çox yayılmış düzülüşü 3 proton və 4 neytrondan ibarətdir. Qalanlarında 3 belə hissəcik var. Litium izotoplarının nüvələrinin düzülüşü aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir (müvafiq olaraq a və b).
Helium atomunun nüvəsindən Li atomunun nüvəsini yaratmaq üçün 1 proton və 1 neytron əlavə etmək lazımdır və kifayətdir. Bu hissəciklər maqnit qüvvələrini birləşdirir. Neytronların 4 qütbdən ibarət mürəkkəb bir maqnit sahəsi var, ona görə də birinci izotop üçün şəkildəki orta neytronun üç işğal edilmiş kontaktı və bir potensial sərbəst kontaktı var.
Litium izotopunun 7Li-nin elementin nüvəsini nuklonlara bölmək üçün tələb olunan minimum bağlanma enerjisi 37,9 MeV-dir. Aşağıda verilmiş hesablama üsulu ilə müəyyən edilir.
Bu düsturlarda dəyişənlər və sabitlər aşağıdakı mənaya malikdir:
- n – neytronların sayı;
- m – neytron kütləsi;
- p – protonların sayı;
- dM nüvəni təşkil edən hissəciklərin kütləsi ilə litium izotopunun nüvəsinin kütləsi arasındakı fərqdir;
- 931 meV 1 a.u-ya uyğun gələn enerjidir. e.m.
Nüvətransformasiyalar
Bu elementin izotoplarının nüvəsində 5-ə qədər əlavə neytron ola bilər. Bununla belə, bu cür litiumun ömrü bir neçə millisaniyədən çox deyil. Proton tutulduqda 6Li izotopu 7Be-yə çevrilir, daha sonra alfa hissəciyinə və helium izotopuna çevrilir. 3 O. Deyteronlar tərəfindən bombalandıqda 8Be yenidən görünür. Deytron 7Li nüvəsi tərəfindən tutulduqda nüvə dərhal 2 alfa hissəcikinə və bir neytrona parçalanan 9Be əldə edilir.
Təcrübələrin göstərdiyi kimi, litium izotoplarını bombardman edərkən çox müxtəlif nüvə reaksiyaları müşahidə oluna bilər. Bu, əhəmiyyətli miqdarda enerji buraxır.
Alın
Litium izotoplarının ayrılması bir neçə yolla edilə bilər. Ən ümumi olanlar bunlardır:
- Buxar axınında ayırma. Bunun üçün diafraqma öz oxu boyunca silindrik bir qaba yerləşdirilir. İzotopların qazlı qarışığı köməkçi buxara doğru qidalanır. İşıq izotopunda zənginləşdirilmiş bəzi molekullar aparatın sol tərəfində toplanır. Bu, işıq molekullarının diafraqma vasitəsilə yüksək diffuziya sürətinə malik olması ilə əlaqədardır. Onlar yuxarı başlıqdan buxar axını ilə birlikdə boşaldılır.
- Termodiffuziya prosesi. Bu texnologiyada, əvvəlki kimi, hərəkət edən molekullar üçün müxtəlif sürətlər xüsusiyyətindən istifadə olunur. Ayırma prosesi divarları soyudulmuş sütunlarda baş verir. Onların içərisində mərkəzdə qırmızı-isti tel uzanır. Təbii konveksiya nəticəsində 2 axın yaranır - isti olanı hərəkət edirtellər yuxarı, soyuq - divarlar boyunca aşağı. Yüngül izotoplar yuxarı hissədə, ağır izotoplar isə aşağı hissədə toplanır və çıxarılır.
- Qaz sentrifuqasiyası. İzotopların qarışığı yüksək sürətlə fırlanan nazik divarlı silindr olan sentrifuqada idarə olunur. Daha ağır izotoplar mərkəzdənqaçma qüvvəsi ilə sentrifuqanın divarlarına atılır. Buxarın hərəkətinə görə, onlar aşağı, cihazın mərkəzi hissəsindən yüngül izotoplar isə yuxarıya aparılır.
- Kimyəvi üsul. Kimyəvi reaksiya müxtəlif faza vəziyyətlərində olan 2 reagentdə gedir ki, bu da izotop axınlarını ayırmağa imkan verir. Müəyyən izotoplar lazerlə ionlaşdırıldıqda və sonra maqnit sahəsi ilə ayrıldıqda bu texnologiyanın növləri var.
- Xlorid duzlarının elektrolizi. Bu üsul yalnız laboratoriya şəraitində litium izotopları üçün istifadə olunur.
Tətbiq
Litiumun praktiki olaraq bütün tətbiqləri onun izotopları ilə dəqiq əlaqələndirilir. Kütləvi sayı 6 olan elementin dəyişməsi aşağıdakı məqsədlər üçün istifadə olunur:
- tritium mənbəyi kimi (reaktorlarda nüvə yanacağı);
- tritium izotoplarının sənaye sintezi üçün;
- termonüvə silahları hazırlamaq üçün.
İzotop 7Li aşağıdakı sahələrdə istifadə olunur:
- təkrar doldurulan batareyaların istehsalı üçün;
- tibbdə - antidepresanların və trankvilizatorların istehsalı üçün;
- reaktorlarda: suyun iş şəraitini saxlamaq üçün soyuducu kiminüvə reaktorlarının əsas dövrəsinin demineralizatorlarında soyuducu suyun təmizlənməsi üçün nüvə elektrik stansiyalarının güc reaktorları.
Litium izotoplarının əhatə dairəsi getdikcə genişlənir. Bu baxımdan, sənayenin aktual problemlərindən biri mono-izotopik məhsullar da daxil olmaqla yüksək təmizlikli maddə əldə etməkdir.
2011-ci ildə litiumun litium izotopları ilə şüalanmasından əldə edilən tritium batareyalarının istehsalına da başlanılıb. Onlar aşağı cərəyanlar və uzun xidmət müddəti tələb olunan yerlərdə istifadə olunur (kardiostimulyatorlar və digər implantlar, quyudakı sensorlar və digər avadanlıqlar). Tritiumun yarı ömrü və buna görə də batareyanın ömrü 12 ildir.
