Litium-isotope word wyd gebruik, nie net in die kernbedryf nie, maar ook in die vervaardiging van herlaaibare batterye. Daar is verskeie tipes van hulle, waarvan twee in die natuur voorkom. Kernreaksies met isotope gaan gepaard met die vrystelling van groot hoeveelhede straling, wat 'n belowende rigting in die energiebedryf is.
Definisie
Isotope van litium is variëteite van atome van 'n gegewe chemiese element. Hulle verskil van mekaar in die aantal neutraal gelaaide elementêre deeltjies (neutrone). Moderne wetenskap ken 9 sulke isotope, waarvan sewe kunsmatig is, met atoommassas van 4 tot 12.
Hiervan is die mees stabiele 8Li. Sy halfleeftyd is 0,8403 sekondes. 2 tipes nukleêre isomere nukliede (atoomkerne wat nie net verskil in die aantal neutrone nie, maar ook protone) is ook geïdentifiseer - 10m1Li en 10m2 Li. Hulle verskil in die struktuur van atome in ruimte en in eienskappe.
Being in die natuur
In natuurlike toestande is daar net 2 stabiele isotope - met 'n massa van 6 en 7 eenhede a. eet(6Li, 7Li). Die mees algemene hiervan is die tweede isotoop van litium. Litium in Mendeleev se periodieke stelsel het reeksnommer 3, en sy hoofmassagetal is 7 a.u. e. m. Hierdie element is redelik skaars in die aardkors. Die onttrekking en verwerking daarvan is duur.
Die belangrikste grondstof vir die verkryging van metaallitium is die karbonaat (of litiumkarbonaat), wat in chloried omgeskakel word, en dan in 'n mengsel met KCl of BaCl geelektroliseer word. Karbonaat word geïsoleer uit natuurlike materiale (lepidoliet, spodumeenpirokseen) deur sintering met CaO of CaCO3.
In monsters kan die verhouding van litium-isotope baie verskil. Dit vind plaas as gevolg van natuurlike of kunsmatige fraksionering. Hierdie feit word in ag geneem wanneer akkurate laboratoriumeksperimente uitgevoer word.
Kenmerke
Lithium-isotope 6Li en 7Li verskil in kerneienskappe: die waarskynlikheid van interaksie van elementêre deeltjies van die atoomkern en reaksie produkte. Daarom is hul omvang ook anders.
Wanneer die litium-isotoop 6Li met stadige neutrone gebombardeer word, word superswaar waterstof (tritium) geproduseer. In hierdie geval word alfa-deeltjies afgesplit en helium word gevorm. Deeltjies word in teenoorgestelde rigtings uitgestoot. Hierdie kernreaksie word in die figuur hieronder getoon.
Hierdie eienskap van die isotoop word gebruik as 'n alternatief om tritium in samesmeltingsreaktore en bomme te vervang, aangesien tritium gekenmerk word deur 'n kleinerstabiliteit.
Lithium-isotoop 7Li in vloeibare vorm het 'n hoë spesifieke hitte en lae kerndoeltreffende deursnit. In 'n legering met natrium-, sesium- en berilliumfluoried word dit gebruik as 'n koelmiddel, sowel as 'n oplosmiddel vir U- en Th-fluoriede in vloeibare-sout-kernreaktors.
Kernuitleg
Die mees algemene rangskikking van litiumatome in die natuur sluit 3 protone en 4 neutrone in. Die res het 3 sulke deeltjies. Die uitleg van die kerne van litium-isotope word in die figuur hieronder getoon (a en b, onderskeidelik).
Om die kern van 'n Li-atoom uit die kern van 'n heliumatoom te vorm, is dit nodig en voldoende om 1 proton en 1 neutron by te voeg. Hierdie deeltjies verbind hul magnetiese kragte. Neutrone het 'n komplekse magnetiese veld, wat uit 4 pole bestaan, so in die figuur vir die eerste isotoop het die gemiddelde neutron drie besette kontakte en een potensieel vrye een.
Die minimum bindingsenergie van die litium-isotoop 7Li wat nodig is om die element se kern in nukleone te verdeel, is 37.9 MeV. Dit word bepaal deur die berekeningsmetode wat hieronder gegee word.
In hierdie formules het veranderlikes en konstantes die volgende betekenis:
- n – aantal neutrone;
- m – neutronmassa;
- p – aantal protone;
- dM is die verskil tussen die massa van die deeltjies waaruit die kern bestaan en die massa van die kern van die litium-isotoop;
- 931 meV is die energie wat ooreenstem met 1 a.u. e.m.
Kernkragtransformasies
Isotope van hierdie element kan tot 5 ekstra neutrone in die kern hê. Die leeftyd van hierdie soort litium oorskry egter nie 'n paar millisekondes nie. Wanneer 'n proton gevang word, verander die isotoop 6Li in 7Be, wat dan verval in 'n alfa-deeltjie en 'n helium-isotoop 3 Hy. Wanneer dit deur deuterons gebombardeer word, verskyn 8Be weer. Wanneer 'n deuteron deur die kern 7Li gevang word, word die kern verkry 9Be, wat onmiddellik in 2 alfa-deeltjies en 'n neutron verval.
Soos eksperimente toon, wanneer litium-isotope gebombardeer word, kan 'n wye verskeidenheid kernreaksies waargeneem word. Dit stel 'n aansienlike hoeveelheid energie vry.
Ontvang
Lithium-isotoopskeiding kan op verskeie maniere gedoen word. Die algemeenste is:
- Skeiding in stoomvloei. Om dit te doen, word 'n diafragma in 'n silindriese houer langs sy as geplaas. Die gasmengsel van isotope word na die hulpstoom gevoer. Sommige van die molekules wat in die ligte isotoop verryk is, versamel aan die linkerkant van die apparaat. Dit is te wyte aan die feit dat ligmolekules 'n hoë tempo van diffusie deur die diafragma het. Hulle word saam met die stoomvloei van die boonste spuitstuk afgelaat.
- Termodiffusieproses. In hierdie tegnologie, soos in die vorige een, word die eienskap van verskillende snelhede vir bewegende molekules gebruik. Die skeidingsproses vind plaas in kolomme waarvan die mure afgekoel word. Binne hulle word 'n rooiwarm draad in die middel gespan. As gevolg van natuurlike konveksie ontstaan 2 vloeie - die warm een beweeg saamdrade op, en koud - langs die mure af. Ligte isotope word opgehoop en verwyder in die boonste deel, en swaar isotope in die onderste deel.
- Gassentrifugering. 'n Mengsel van isotope word in 'n sentrifuge laat loop, wat 'n dunwandige silinder is wat teen hoë spoed roteer. Swaarder isotope word deur middel van sentrifugale krag teen die mure van die sentrifuge gegooi. As gevolg van die beweging van stoom, word hulle na onder gedra, en ligte isotope vanaf die sentrale deel van die toestel - op.
- Chemiese metode. Die chemiese reaksie verloop in 2 reagense wat in verskillende fasetoestande is, wat dit moontlik maak om die isotoopvloeie te skei. Daar is variëteite van hierdie tegnologie, wanneer sekere isotope deur 'n laser geïoniseer word en dan deur 'n magnetiese veld geskei word.
- Elektrolise van chloriedsoute. Hierdie metode word slegs vir litium-isotope in laboratoriumtoestande gebruik.
Aansoek
Feitlik alle toepassings van litium word presies met sy isotope geassosieer. 'n Variasie van die element met 'n massagetal van 6 word vir die volgende doeleindes gebruik:
- as 'n bron van tritium (kernbrandstof in reaktore);
- vir die industriële sintese van tritium-isotope;
- vir die maak van termonukleêre wapens.
Isotope 7Li word in die volgende velde gebruik:
- vir die vervaardiging van herlaaibare batterye;
- in medisyne - vir die vervaardiging van antidepressante en kalmeermiddels;
- in reaktore: as 'n koelmiddel, om die bedryfstoestande van water te handhaafkragreaktors van kernkragsentrales, om die koelmiddel in die demineraliseerders van die primêre kring van kernreaktore skoon te maak.
Die omvang van litium-isotope word wyer. In hierdie verband is een van die dringende probleme van die bedryf om 'n stof van hoë suiwerheid te verkry, insluitend mono-isotopiese produkte.
In 2011 is die vervaardiging van tritiumbatterye ook van stapel gestuur, wat verkry word deur litium met litium-isotope te bestraal. Hulle word gebruik waar lae strome en lang lewensduur vereis word (pasaangeërs en ander inplantings, boorgatsensors en ander toerusting). Die halfleeftyd van tritium, en dus die lewe van die battery, is 12 jaar.
