Լիտիումի իզոտոպները լայնորեն կիրառվում են ոչ միայն միջուկային արդյունաբերության մեջ, այլև վերալիցքավորվող մարտկոցների արտադրության մեջ։ Կան դրանց մի քանի տեսակներ, որոնցից երկուսը հանդիպում են բնության մեջ։ Իզոտոպներով միջուկային ռեակցիաները ուղեկցվում են մեծ քանակությամբ ճառագայթման արձակմամբ, ինչը խոստումնալից ուղղություն է էներգետիկ արդյունաբերության մեջ։
Սահմանում
Լիտիումի իզոտոպները տվյալ քիմիական տարրի ատոմների տեսակներն են: Նրանք միմյանցից տարբերվում են չեզոք լիցքավորված տարրական մասնիկների (նեյտրոնների) քանակով։ Ժամանակակից գիտությանը հայտնի է 9 նման իզոտոպ, որոնցից յոթը արհեստական են, 4-ից 12 ատոմային զանգվածներով։
Դրանցից ամենակայունը 8Li-ն է: Նրա կիսատ կյանքը 0,8403 վայրկյան է։ Հայտնաբերվել են նաև միջուկային իզոմերային նուկլիդների 2 տեսակ (ատոմային միջուկներ, որոնք տարբերվում են ոչ միայն նեյտրոնների, այլև պրոտոնների քանակով)՝ 10m1Li և 10m2 Լի. Տարածության մեջ ատոմների կառուցվածքով և հատկություններով դրանք տարբեր են։
Լինելով բնության մեջ
Բնական պայմաններում կա միայն 2 կայուն իզոտոպ՝ 6 և 7 միավոր զանգվածով ա. ուտել(6Լի, 7Լի): Դրանցից ամենատարածվածը լիթիումի երկրորդ իզոտոպն է: Լիթիումը Մենդելեևի պարբերական համակարգում ունի 3 սերիական համար, իսկ հիմնական զանգվածային թիվը՝ 7 a.u։ e. m. Այս տարրը բավականին հազվադեպ է երկրակեղևում: Դրա արդյունահանումն ու մշակումը ծախսատար են։
Մետաղական լիթիում ստանալու հիմնական հումքը դրա կարբոնատն է (կամ լիթիումի կարբոնատը), որը վերածվում է քլորիդի, այնուհետև էլեկտրոլիզվում է KCl կամ BaCl խառնուրդով։ Կարբոնատը մեկուսացվում է բնական նյութերից (լեպիդոլիտ, սպոդումեն պիրոքսեն)՝ սինթրելով CaO-ով կամ CaCO-ով3:
Նմուշներում լիթիումի իզոտոպների հարաբերակցությունը կարող է շատ տարբեր լինել: Սա տեղի է ունենում բնական կամ արհեստական մասնատման արդյունքում: Այս փաստը հաշվի է առնվում ճշգրիտ լաբորատոր փորձարկումներ կատարելիս։
Հատկություններ
Լիթիումի իզոտոպները 6Li և 7Li-ն տարբերվում են միջուկային հատկություններով. ատոմային միջուկի տարրական մասնիկների փոխազդեցության հավանականությունը և ռեակցիան. ապրանքներ. Հետևաբար, դրանց շրջանակը նույնպես տարբեր է։
Երբ լիթիումի 6Լին ռմբակոծվում է դանդաղ նեյտրոններով, առաջանում է գերծանր ջրածին (տրիտում): Այս դեպքում ալֆա մասնիկները բաժանվում են և առաջանում է հելիում: Մասնիկներն արտանետվում են հակառակ ուղղություններով։ Այս միջուկային ռեակցիան ներկայացված է ստորև նկարում։
Իզոտոպի այս հատկությունը օգտագործվում է որպես այլընտրանք փոխարինելու տրիտումը միաձուլման ռեակտորներում և ռումբերում, քանի որ տրիտումը բնութագրվում է ավելի փոքր քանակությամբկայունություն։
Լիթիումի իզոտոպ 7Լի-ն հեղուկ տեսքով ունի բարձր տեսակարար ջերմություն և միջուկային ցածր արդյունավետ խաչմերուկ: Նատրիումի, ցեզիումի և բերիլիումի ֆտորիդով համաձուլվածքում այն օգտագործվում է որպես հովացուցիչ նյութ, ինչպես նաև հեղուկ-աղ միջուկային ռեակտորներում U և Th ֆտորիդների լուծիչ։
Հիմնական դասավորություն
Բնության մեջ լիթիումի ատոմների ամենատարածված դասավորությունը ներառում է 3 պրոտոն և 4 նեյտրոն: Մնացածն ունի 3 այդպիսի մասնիկ։ Լիթիումի իզոտոպների միջուկների դասավորությունը ներկայացված է ստորև նկարում (a և b համապատասխանաբար):
Հելիումի ատոմի միջուկից Li ատոմի միջուկը ձևավորելու համար անհրաժեշտ և բավարար է ավելացնել 1 պրոտոն և 1 նեյտրոն։ Այս մասնիկները միացնում են իրենց մագնիսական ուժերը։ Նեյտրոններն ունեն բարդ մագնիսական դաշտ, որը բաղկացած է 4 բևեռից, ուստի առաջին իզոտոպի նկարում միջին նեյտրոնն ունի երեք զբաղված կոնտակտ և մեկը՝ պոտենցիալ ազատ։
Լիթիումի 7Li-ի միացման նվազագույն էներգիան, որն անհրաժեշտ է տարրի միջուկը նուկլոնների բաժանելու համար, 37,9 ՄէՎ է: Այն որոշվում է ստորև տրված հաշվարկի մեթոդով:
Այս բանաձևերում փոփոխականները և հաստատունները ունեն հետևյալ նշանակությունը՝
- n – նեյտրոնների թիվը;
- մ – նեյտրոնային զանգված;
- p – պրոտոնների թիվը;
- dM-ը միջուկը կազմող մասնիկների զանգվածի և լիթիումի իզոտոպի միջուկի զանգվածի միջև տարբերությունն է;
- 931 մէՎ էներգիան է, որը համապատասխանում է 1 a.u. e.m.
Միջուկայինփոխակերպումներ
Այս տարրի իզոտոպները միջուկում կարող են ունենալ մինչև 5 լրացուցիչ նեյտրոն: Այնուամենայնիվ, այս տեսակի լիթիումի կյանքի ժամկետը չի գերազանցում մի քանի միլիվայրկյան: Երբ պրոտոնը գրավվում է, 6Li իզոտոպը վերածվում է 7Be-ի, որն այնուհետև քայքայվում է ալֆա մասնիկի և հելիումի իզոտոպի: 3 Նա. Դեյտրոններով ռմբակոծվելիս 8Be-ը կրկին հայտնվում է: Երբ դեյտրոնը բռնում է 7Li միջուկը, միջուկը ստացվում է 9Be, որն անմիջապես քայքայվում է 2 ալֆա մասնիկի և նեյտրոնի::
Ինչպես ցույց են տալիս փորձերը, լիթիումի իզոտոպները ռմբակոծելիս կարող են դիտվել միջուկային ռեակցիաների լայն տեսականի: Սա զգալի քանակությամբ էներգիա է ազատում։
Ստանալ
Լիթիումի իզոտոպների տարանջատումը կարող է իրականացվել մի քանի եղանակով: Ամենատարածվածներն են՝
- Գոլորշի հոսքի տարանջատում. Դրա համար դիֆրագմը տեղադրվում է գլանաձեւ անոթի մեջ իր առանցքի երկայնքով: Իզոտոպների գազային խառնուրդը սնվում է օժանդակ գոլորշու ուղղությամբ։ Լույսի իզոտոպով հարստացված որոշ մոլեկուլներ կուտակվում են ապարատի ձախ կողմում։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ լույսի մոլեկուլներն ունեն դիֆրագմայի միջոցով տարածման բարձր արագություն: Դրանք արտանետվում են վերևի վարդակից գոլորշու հոսքի հետ միասին։
- Ջերմոդիֆուզիոն գործընթաց. Այս տեխնոլոգիայում, ինչպես նախորդում, օգտագործվում է մոլեկուլների շարժման տարբեր արագությունների հատկությունը։ Բաժանման գործընթացը տեղի է ունենում սյուների մեջ, որոնց պատերը սառչում են: Դրանց ներսում կենտրոնում շիկացած մետաղալար է ձգված։ Բնական կոնվեկցիայի արդյունքում առաջանում է 2 հոսք՝ տաքը շարժվում է երկայնքովլարերը վերև, իսկ սառը` պատերի երկայնքով ներքև: Թեթև իզոտոպները կուտակվում և հեռացվում են վերին մասում, իսկ ծանր իզոտոպները՝ ստորին մասում։
- Գազի ցենտրիֆուգացիա. Իզոտոպների խառնուրդն աշխատում է ցենտրիֆուգում, որը բարակ պատերով գլան է, որը պտտվում է մեծ արագությամբ: Ավելի ծանր իզոտոպները կենտրոնախույս ուժով նետվում են ցենտրիֆուգի պատերին: Գոլորշու շարժման շնորհիվ դրանք ցած են տանում, իսկ թեթև իզոտոպները սարքի կենտրոնական մասից՝ վեր։
- Քիմիական մեթոդ. Քիմիական ռեակցիան ընթանում է 2 ռեագենտներում, որոնք գտնվում են տարբեր փուլային վիճակներում, ինչը հնարավորություն է տալիս առանձնացնել իզոտոպային հոսքերը։ Կան այս տեխնոլոգիայի տարատեսակներ, երբ որոշ իզոտոպներ իոնացվում են լազերի միջոցով և այնուհետև առանձնանում մագնիսական դաշտով։
- Քլորիդային աղերի էլեկտրոլիզ. Այս մեթոդը լիթիումի իզոտոպների համար օգտագործվում է միայն լաբորատոր պայմաններում։
Դիմում
Լիթիումի գործնականում բոլոր կիրառությունները կապված են հենց նրա իզոտոպների հետ: 6 զանգվածային թվով տարրի փոփոխությունն օգտագործվում է հետևյալ նպատակների համար՝
- որպես տրիտիումի աղբյուր (միջուկային վառելիք ռեակտորներում);
- տրիտիումի իզոտոպների արդյունաբերական սինթեզի համար;
- ջերմամիջուկային զենք պատրաստելու համար.
Իզոտոպ 7Li օգտագործվում է հետևյալ դաշտերում.
- վերալիցքավորվող մարտկոցների արտադրության համար;
- բժշկության մեջ - հակադեպրեսանտների և հանգստացնող միջոցների արտադրության համար;
- ռեակտորներում՝ որպես հովացուցիչ նյութ, ջրի շահագործման պայմանները պահպանելու համարԱտոմակայանների ուժային ռեակտորներ՝ միջուկային ռեակտորների առաջնային շղթայի դեմինալիզատորների հովացուցիչ նյութը մաքրելու համար։
Լիթիումի իզոտոպների շրջանակը գնալով ավելի լայնանում է։ Այս առումով արդյունաբերության հրատապ խնդիրներից է բարձր մաքրությամբ նյութի ձեռքբերումը, այդ թվում՝ մոնոիզոտոպային արտադրանք։
2011 թվականին մեկնարկեց նաև տրիտումային մարտկոցների արտադրությունը, որոնք ստացվում են լիթիումը լիթիումի իզոտոպներով ճառագայթելով։ Դրանք օգտագործվում են այնտեղ, որտեղ պահանջվում է ցածր հոսանքներ և երկար սպասարկման ժամկետ (պեյսմեյքերներ և այլ իմպլանտներ, անցքերի տվիչներ և այլ սարքավորումներ): Տրիտիումի կիսամյակը և հետևաբար մարտկոցի կյանքը 12 տարի է։
