Литийн изотопуудыг цөмийн үйлдвэрээс гадна цэнэглэдэг батерейны үйлдвэрлэлд өргөн ашигладаг. Тэдгээрийн хэд хэдэн төрөл байдаг бөгөөд тэдгээрийн хоёр нь байгальд байдаг. Изотоптой цөмийн урвал явагдах үед их хэмжээний цацраг ялгарах нь эрчим хүчний салбарын ирээдүйтэй чиглэл юм.
Тодорхойлолт
Литийн изотопууд нь тухайн химийн элементийн атомын сортууд юм. Тэд бие биенээсээ төвийг сахисан цэнэгтэй элементар бөөмсийн (нейтрон) тоогоор ялгаатай байдаг. Орчин үеийн шинжлэх ухаан ийм 9 изотопыг мэддэг бөгөөд тэдгээрийн долоо нь хиймэл, 4-12 атомын масстай.
Эдгээрээс хамгийн тогтвортой нь 8Li юм. Түүний хагас задралын хугацаа 0.8403 секунд байна. 2 төрлийн цөмийн изомер нуклидыг (зөвхөн нейтроны тоогоор төдийгүй протоноор ялгаатай атомын цөмүүд) мөн тодорхойлсон - 10m1Li ба 10м2 Ли. Тэд сансар огторгуй дахь атомын бүтэц, шинж чанараараа ялгаатай.
Байгаль дээр байх
Байгалийн нөхцөлд 6 ба 7 нэгж масстай 2 тогтвортой изотоп л байдаг. идэх(6Li, 7Li). Эдгээрээс хамгийн түгээмэл нь литийн хоёр дахь изотоп юм. Менделеевийн үечилсэн систем дэх литийн серийн дугаар 3, үндсэн массын дугаар нь 7 a.u. e. m Энэ элемент нь дэлхийн царцдасын хувьд маш ховор байдаг. Үүнийг олборлох, боловсруулах нь өндөр өртөгтэй.
Металл литийг олж авах гол түүхий эд нь түүний карбонат (эсвэл литийн карбонат) бөгөөд үүнийг хлорид болгон хувиргаж, дараа нь KCl эсвэл BaCl-тэй хольж электролиз болгодог. Карбонатыг байгалийн материалаас (лепидолит, сподумен пироксен) CaO эсвэл CaCO3-аар шингээж ялгаж авдаг.
Дээж дэх литийн изотопуудын харьцаа ихээхэн ялгаатай байж болно. Энэ нь байгалийн болон хиймэл фракцын үр дүнд үүсдэг. Лабораторийн үнэн зөв туршилт хийхдээ энэ баримтыг харгалзан үздэг.
Онцлогууд
Литийн изотопууд 6Li ба 7Li нь цөмийн шинж чанараараа ялгаатай: атомын цөмийн элементийн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл ба урвалын магадлал. бүтээгдэхүүн. Тиймээс тэдний хамрах хүрээ ч өөр байна.
Литийн изотоп 6Li-г удаан нейтроноор бөмбөгдөхөд хэт хүнд устөрөгч (тритиум) үүсдэг. Энэ тохиолдолд альфа тоосонцор хуваагдаж, гели үүсдэг. Бөөмүүд эсрэг чиглэлд гадагшилдаг. Энэхүү цөмийн урвалыг доорх зурагт үзүүлэв.
Изотопын энэ шинж чанарыг хайлуулах реактор болон бөмбөгөнд тритийг орлуулах өөр хувилбар болгон ашигладаг, учир нь трити нь жижиг хэмжээтэй байдаг.тогтвортой байдал.
Литийн изотоп 7Шингэн хэлбэрийн Li нь өндөр хувийн дулаан, цөмийн нөлөө багатай хөндлөн огтлолтой. Натри, цезий, бериллийн фторид бүхий хайлшийг шингэн давсны цөмийн реакторуудад хөргөх бодис, мөн U болон Th фторыг уусгагч болгон ашигладаг.
Үндсэн зохион байгуулалт
Байгаль дахь литийн атомуудын хамгийн түгээмэл байрлалд 3 протон, 4 нейтрон багтдаг. Үлдсэн хэсэг нь ийм 3 ширхэгтэй. Литийн изотопуудын цөмийн байршлыг доорх зурагт үзүүлэв (а ба б тус тус).
Гелий атомын цөмөөс Li атомын цөм үүсгэхийн тулд 1 протон, 1 нейтрон нэмэх шаардлагатай бөгөөд хангалттай. Эдгээр хэсгүүд нь соронзон хүчийг холбодог. Нейтронууд нь 4 туйлаас бүрдэх нарийн төвөгтэй соронзон оронтой тул эхний изотопын зурагт дундаж нейтрон нь гурван эзлэгдсэн контакттай, нэг боломжит чөлөөт контакттай байна.
Литийн изотопын 7Элементийн цөмийг нуклон болгон хуваахад шаардагдах Li-ийн хамгийн бага холболтын энерги нь 37.9 МэВ байна. Үүнийг доор өгсөн тооцооны аргаар тодорхойлно.
Эдгээр томьёо дахь хувьсагч болон тогтмолууд дараах утгатай байна:
- n – нейтроны тоо;
- m – нейтроны масс;
- p – протоны тоо;
- dM нь цөмийг бүрдүүлдэг бөөмсийн масс ба литийн изотопын цөмийн массын зөрүү юм;
- 931 меВ нь 1 a.u-д тохирох энерги юм. өглөө
Цөмийнхувиргалт
Энэ элементийн изотопууд цөмд 5 хүртэлх нэмэлт нейтронтой байж болно. Гэсэн хэдий ч ийм төрлийн литийн ашиглалтын хугацаа хэдхэн миллисекундээс хэтрэхгүй. Протон баригдах үед 6Li изотоп нь 7Be болж хувирах ба энэ нь альфа бөөмс болон гелийн изотоп болж задардаг. 3 Тэр. Дейтроноор бөмбөгдөхөд 8Be дахин гарч ирнэ. Дейтероныг 7Li цөм барихад цөм нь 9Be болж, тэр дороо 2 альфа бөөмс болон нейтрон болж задардаг.
Туршилтаас харахад литийн изотопуудыг бөмбөгдөх үед олон төрлийн цөмийн урвал ажиглагдаж болно. Энэ нь их хэмжээний энерги ялгаруулдаг.
Хүлээн авах
Литийн изотопыг ялгах ажлыг хэд хэдэн аргаар хийж болно. Хамгийн түгээмэл нь:
- Уурын урсгал дахь тусгаарлалт. Үүнийг хийхийн тулд диафрагмыг тэнхлэгийнхээ дагуу цилиндр хэлбэртэй саванд хийнэ. Изотопын хийн хольц нь туслах уур руу тэжээгддэг. Гэрлийн изотопоор баяжуулсан зарим молекулууд аппаратын зүүн талд хуримтлагддаг. Энэ нь гэрлийн молекулууд диафрагмаар дамжин тархах өндөр хурдтай байдагтай холбоотой юм. Тэдгээр нь дээд хушуунаас гарч буй уурын урсгалтай хамт гадагшилдаг.
- Термодиффузын процесс. Энэ технологид өмнөх нэгэн адил молекулуудыг хөдөлгөх өөр өөр хурдны шинж чанарыг ашигладаг. Тусгаарлах үйл явц нь хана нь хөргөсөн баганад явагддаг. Тэдний дотор голд нь улаан халуун утас сунадаг. Байгалийн конвекцийн үр дүнд 2 урсгал үүсдэг - дулаан нь хөдөлдөгутаснууд дээш, хүйтэн - хана дагуу. Хөнгөн изотопууд дээд хэсэгт, хүнд изотопууд доод хэсэгт хуримтлагдан арилдаг.
- Хийн центрифуг. Центрифуг дотор изотопын хольцыг ажиллуулдаг бөгөөд энэ нь өндөр хурдтай эргэлддэг нимгэн ханатай цилиндр юм. Илүү хүнд изотопууд нь төвөөс зугтах хүчээр центрифугийн хананд шидэгддэг. Уурын хөдөлгөөний улмаас тэдгээр нь доошоо зөөгдөж, төхөөрөмжийн төв хэсгээс хөнгөн изотопууд дээшээ гарна.
- Химийн арга. Химийн урвал нь өөр өөр фазын төлөвт байгаа 2 урвалжаар явагддаг бөгөөд энэ нь изотопын урсгалыг салгах боломжийг олгодог. Тодорхой изотопуудыг лазераар ионжуулж, дараа нь соронзон оронгоор тусгаарладаг ийм технологийн олон төрөл байдаг.
- Хлоридын давсны электролиз. Энэ аргыг зөвхөн лабораторийн нөхцөлд литийн изотопуудад ашигладаг.
Програм
Литийн бараг бүх хэрэглээ нь түүний изотопуудтай яг холбоотой байдаг. 6 масстай элементийн өөрчлөлтийг дараах зорилгоор ашиглана:
- тритиумын эх үүсвэр (реактор дахь цөмийн түлш);
- тритий изотопын үйлдвэрлэлийн синтезийн хувьд;
- термоядролын зэвсэг хийхэд зориулагдсан.
Изотоп 7Li-г дараах салбарт ашигладаг:
- цэнэглэдэг батерей үйлдвэрлэхэд зориулагдсан;
- анагаах ухаанд - антидепрессант болон тайвшруулах эм үйлдвэрлэхэд;
- реакторт: усны ашиглалтын нөхцлийг хадгалахын тулд хөргөлтийн бодис болгонатомын цахилгаан станцын эрчим хүчний реактор, цөмийн реакторын анхдагч хэлхээний эрдэсгүйжүүлэгч дэх хөргөлтийн бодисыг цэвэрлэх.
Литийн изотопын хамрах хүрээ улам өргөн болж байна. Үүнтэй холбогдуулан салбарын тулгамдсан асуудлын нэг бол өндөр цэвэршилттэй бодис, түүний дотор моно изотоп бүтээгдэхүүн авах явдал юм.
2011 онд мөн литийг литийн изотопоор цацрагаар гаргаж авдаг тритиум батерейны үйлдвэрлэл эхэлсэн. Эдгээрийг бага гүйдэлтэй, урт хугацааны ашиглалтын хугацаа шаардлагатай үед ашигладаг (зүрхний аппарат болон бусад суулгац, нүхний мэдрэгч болон бусад тоног төхөөрөмж). Тритиумын хагас задралын хугацаа, улмаар батерейны ашиглалтын хугацаа 12 жил байна.
