ლითიუმის იზოტოპები ფართოდ გამოიყენება არა მხოლოდ ბირთვულ ინდუსტრიაში, არამედ მრავალჯერადი დატენვის ბატარეების წარმოებაში. მათი რამდენიმე სახეობა არსებობს, რომელთაგან ორი ბუნებაში გვხვდება. იზოტოპებთან ბირთვულ რეაქციებს თან ახლავს დიდი რაოდენობით გამოსხივება, რაც პერსპექტიული მიმართულებაა ენერგეტიკულ ინდუსტრიაში.
განმარტება
ლითიუმის იზოტოპები არის მოცემული ქიმიური ელემენტის ატომების ჯიშები. ისინი ერთმანეთისგან განსხვავდებიან ნეიტრალურად დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკების (ნეიტრონების) რაოდენობით. თანამედროვე მეცნიერებამ იცის 9 ასეთი იზოტოპი, რომელთაგან შვიდი ხელოვნურია, ატომური მასით 4-დან 12-მდე.
მათგან ყველაზე სტაბილურია 8Li. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდია 0,8403 წამი. ასევე გამოვლენილია ბირთვული იზომერული ნუკლიდის 2 ტიპი (ატომის ბირთვები, რომლებიც განსხვავდება არა მხოლოდ ნეიტრონების, არამედ პროტონების რაოდენობითაც) - 10m1Li და 10m2 ლი. ისინი განსხვავდებიან ატომების სტრუქტურით სივრცეში და თვისებებით.
ბუნებაში ყოფნა
ბუნებრივ პირობებში არსებობს მხოლოდ 2 სტაბილური იზოტოპი - მასით 6 და 7 ერთეული ა. ჭამე(6Li, 7Li). მათგან ყველაზე გავრცელებულია ლითიუმის მეორე იზოტოპი. ლითიუმს მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში აქვს სერიული ნომერი 3, ხოლო მისი ძირითადი მასის ნომერია 7 a.u. ე.მ. ეს ელემენტი საკმაოდ იშვიათია დედამიწის ქერქში. მისი მოპოვება და დამუშავება ძვირია.
მთავარი ნედლეული მეტალის ლითიუმის მისაღებად არის მისი კარბონატი (ან ლითიუმის კარბონატი), რომელიც გარდაიქმნება ქლორიდში, შემდეგ კი ელექტროლიზდება KCl ან BaCl ნარევში. კარბონატი იზოლირებულია ბუნებრივი მასალებისგან (ლეპიდოლიტი, სპოდუმენ პიროქსენი) CaO-ით ან CaCO-ით შედუღებით3..
ნიმუშებში, ლითიუმის იზოტოპების თანაფარდობა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. ეს ხდება ბუნებრივი ან ხელოვნური ფრაქციების შედეგად. ეს ფაქტი მხედველობაში მიიღება ზუსტი ლაბორატორიული ექსპერიმენტების ჩატარებისას.
ფუნქციები
ლითიუმის იზოტოპები 6Li და 7Li განსხვავდება ბირთვული თვისებებით: ატომის ბირთვის ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების ალბათობა და რეაქცია. პროდუქტები. აქედან გამომდინარე, მათი ფარგლებიც განსხვავებულია.
როდესაც ლითიუმის იზოტოპი 6Li იბომბება ნელი ნეიტრონებით, წარმოიქმნება ზემძიმე წყალბადი (ტრიტიუმი). ამ შემთხვევაში ალფა ნაწილაკები იშლება და წარმოიქმნება ჰელიუმი. ნაწილაკები გამოიდევნება საპირისპირო მიმართულებით. ეს ბირთვული რეაქცია ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე.
იზოტოპის ეს თვისება გამოიყენება შერწყმის რეაქტორებსა და ბომბებში ტრიტიუმის ჩანაცვლების ალტერნატივად, ვინაიდან ტრიტიუმი ხასიათდება უფრო მცირე რაოდენობით.სტაბილურობა.
ლითიუმის იზოტოპი 7Li თხევადი სახით აქვს მაღალი სპეციფიკური სითბო და დაბალი ბირთვული ეფექტური განივი კვეთა. ნატრიუმის, ცეზიუმის და ბერილიუმის ფტორიდის შენადნობში გამოიყენება როგორც გამაგრილებელი, ასევე გამხსნელი U და Th ფტორიდებისთვის თხევადი მარილის ბირთვულ რეაქტორებში.
ძირითადი განლაგება
ბუნებაში ლითიუმის ატომების ყველაზე გავრცელებული განლაგება მოიცავს 3 პროტონს და 4 ნეიტრონს. დანარჩენს აქვს 3 ასეთი ნაწილაკი. ლითიუმის იზოტოპების ბირთვების განლაგება ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში (a და b, შესაბამისად).
ჰელიუმის ატომის ბირთვიდან Li ატომის ბირთვის შესაქმნელად საჭიროა და საკმარისია 1 პროტონის და 1 ნეიტრონის დამატება. ეს ნაწილაკები აკავშირებენ მათ მაგნიტურ ძალებს. ნეიტრონებს აქვთ რთული მაგნიტური ველი, რომელიც შედგება 4 პოლუსისგან, ასე რომ, პირველი იზოტოპის ფიგურაში, საშუალო ნეიტრონს აქვს სამი დაკავებული კონტაქტი და ერთი პოტენციურად თავისუფალი.
ლითიუმის იზოტოპის 7Li-ის მინიმალური შეკავშირების ენერგია, რომელიც საჭიროა ელემენტის ბირთვის ნუკლეონებად გასაყოფად არის 37,9 მევ. იგი განისაზღვრება ქვემოთ მოცემული გაანგარიშების მეთოდით.
ამ ფორმულებში ცვლადებსა და მუდმივებს აქვთ შემდეგი მნიშვნელობა:
- n - ნეიტრონების რაოდენობა;
- მ – ნეიტრონული მასა;
- p – პროტონების რაოდენობა;
- dM არის განსხვავება ბირთვის შემადგენელი ნაწილაკების მასასა და ლითიუმის იზოტოპის ბირთვის მასას შორის;
- 931 მევ არის ენერგია, რომელიც შეესაბამება 1 a.u. ე.მ.
ბირთვულიგარდაქმნები
ამ ელემენტის იზოტოპებს შეიძლება ჰქონდეთ 5-მდე დამატებითი ნეიტრონი ბირთვში. თუმცა, ამ სახის ლითიუმის სიცოცხლის ხანგრძლივობა არ აღემატება რამდენიმე მილიწამს. პროტონის დაჭერისას, იზოტოპი 6Li იქცევა 7Be, რომელიც შემდეგ იშლება ალფა ნაწილაკად და ჰელიუმის იზოტოპად . 3 ის. დეიტერონებით დაბომბვისას, 8Be კვლავ ჩნდება. როდესაც დეიტრონი დაიჭერს ბირთვს 7Li, ბირთვი მიიღება 9Be, რომელიც მაშინვე იშლება 2 ალფა ნაწილაკად და ნეიტრონად..
როგორც ექსპერიმენტებმა აჩვენა, ლითიუმის იზოტოპების დაბომბვისას შეიძლება შეინიშნოს ბირთვული რეაქციების მრავალფეროვნება. ეს გამოყოფს ენერგიის მნიშვნელოვან რაოდენობას.
მიიღე
ლითიუმის იზოტოპის გამოყოფა შეიძლება განხორციელდეს რამდენიმე გზით. ყველაზე გავრცელებულია:
- გამოყოფა ორთქლის ნაკადში. ამისათვის დიაფრაგმა მოთავსებულია ცილინდრულ ჭურჭელში მისი ღერძის გასწვრივ. იზოტოპების აირისებრი ნარევი მიედინება დამხმარე ორთქლისკენ. სინათლის იზოტოპში გამდიდრებული ზოგიერთი მოლეკულა გროვდება აპარატის მარცხენა მხარეს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ სინათლის მოლეკულებს აქვთ დიაფრაგმის მეშვეობით დიფუზიის მაღალი სიჩქარე. ისინი გამოიყოფა ორთქლის ნაკადთან ერთად ზედა საქშენიდან.
- თერმოდიფუზიის პროცესი. ამ ტექნოლოგიაში, ისევე როგორც წინა, გამოიყენება მოლეკულების გადაადგილების სხვადასხვა სიჩქარის თვისება. გამოყოფის პროცესი ხდება სვეტებში, რომელთა კედლები გაცივებულია. მათ შიგნით ცენტრში წითლად გახურებული მავთულია გაჭიმული. ბუნებრივი კონვექციის შედეგად წარმოიქმნება 2 ნაკადი - თბილი მოძრაობს გასწვრივმავთულები ზემოთ და ცივი - კედლების გასწვრივ ქვემოთ. მსუბუქი იზოტოპები გროვდება და ამოღებულია ზედა ნაწილში, მძიმე იზოტოპები ქვედა ნაწილში.
- გაზის ცენტრიფუგაცია. იზოტოპების ნარევი იმართება ცენტრიფუგაში, რომელიც არის თხელკედლიანი ცილინდრი, რომელიც ბრუნავს დიდი სიჩქარით. უფრო მძიმე იზოტოპები ცენტრიფუგის კედლებზე ყრიან ცენტრიფუგა ძალით. ორთქლის მოძრაობის გამო ისინი ქვევით წევენ, ხოლო მსუბუქი იზოტოპები აპარატის ცენტრალური ნაწილიდან მაღლა.
- ქიმიური მეთოდი. ქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს 2 რეაგენტში, რომლებიც სხვადასხვა ფაზურ მდგომარეობაშია, რაც შესაძლებელს ხდის იზოტოპური ნაკადების გამოყოფას. არსებობს ამ ტექნოლოგიის რამდენიმე სახეობა, როდესაც გარკვეული იზოტოპები იონიზებულია ლაზერით და შემდეგ გამოიყოფა მაგნიტური ველით.
- ქლორიდის მარილების ელექტროლიზი. ეს მეთოდი ლითიუმის იზოტოპებისთვის გამოიყენება მხოლოდ ლაბორატორიულ პირობებში.
აპლიკაცია
ლითიუმის პრაქტიკულად ყველა გამოყენება დაკავშირებულია ზუსტად მის იზოტოპებთან. ელემენტის ვარიაცია 6-ის მასის რიცხვით გამოიყენება შემდეგი მიზნებისთვის:
- როგორც ტრიტიუმის წყარო (ბირთვული საწვავი რეაქტორებში);
- ტრიტიუმის იზოტოპების სამრეწველო სინთეზისთვის;
- თერმობირთვული იარაღის დასამზადებლად.
იზოტოპი 7Li გამოიყენება შემდეგ ველებში:
- დატენვის ბატარეების წარმოებისთვის;
- მედიცინაში - ანტიდეპრესანტების და ტრანკვილიზატორების წარმოებისთვის;
- რეაქტორებში: როგორც გამაგრილებელი, წყლის მუშაობის პირობების შესანარჩუნებლადატომური ელექტროსადგურების ენერგეტიკული რეაქტორები, ბირთვული რეაქტორების პირველადი წრის დემინერალიზატორებში გამაგრილებლის გასაწმენდად.
ლითიუმის იზოტოპების არეალი ფართოვდება. ამ მხრივ, ინდუსტრიის ერთ-ერთი აქტუალური პრობლემაა მაღალი სისუფთავის ნივთიერების, მათ შორის მონოიზოტოპური პროდუქტების მიღება.
2011 წელს დაიწყო ტრიტიუმის ბატარეების წარმოებაც, რომლებიც მიიღება ლითიუმის ლითიუმის იზოტოპებით დასხივებით. ისინი გამოიყენება იქ, სადაც საჭიროა დაბალი დენები და ხანგრძლივი მომსახურების ვადა (კარდიოსტიმულატორები და სხვა იმპლანტები, ჩაღრმავებული სენსორები და სხვა აღჭურვილობა). ტრიტიუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდი და შესაბამისად ბატარეის სიცოცხლე 12 წელია.
