Ličio izotopai plačiai naudojami ne tik branduolinėje pramonėje, bet ir įkraunamų baterijų gamyboje. Yra keletas jų tipų, iš kurių du randami gamtoje. Branduolines reakcijas su izotopais lydi didelis spinduliuotės kiekis, o tai yra perspektyvi energetikos pramonės kryptis.
Apibrėžimas
Ličio izotopai yra tam tikro cheminio elemento atomų atmainos. Jos skiriasi viena nuo kitos neutraliai įkrautų elementariųjų dalelių (neutronų) skaičiumi. Šiuolaikinis mokslas žino 9 tokius izotopus, iš kurių septyni yra dirbtiniai, kurių atominė masė yra nuo 4 iki 12.
Iš jų stabiliausias yra 8Li. Jo pusinės eliminacijos laikas yra 0,8403 sekundės. Taip pat buvo nustatyti 2 branduolinių izomerinių nuklidų tipai (atomų branduoliai, kurie skiriasi ne tik neutronų, bet ir protonų skaičiumi) - 10m1Li ir 10m2 Li. Jie skiriasi atomų struktūra erdvėje ir savybėmis.
Būti gamtoje
Natūraliomis sąlygomis yra tik 2 stabilūs izotopai – kurių masė 6 ir 7 vienetai a. valgyti(6Li, 7Li). Dažniausias iš jų yra antrasis ličio izotopas. Mendelejevo periodinėje sistemoje ličio serijos numeris yra 3, o pagrindinis jo masės skaičius yra 7 a.u. e.m. Šis elementas žemės plutoje yra gana retas. Jo išgavimas ir apdorojimas kainuoja brangiai.
Pagrindinė žaliava metaliniam ličiui gauti yra jo karbonatas (arba ličio karbonatas), kuris paverčiamas chloridu, o vėliau elektrolizuojamas mišinyje su KCl arba BaCl. Karbonatas išskiriamas iš natūralių medžiagų (lepidolito, spodumeno pirokseno) sukepinant CaO arba CaCO3.
Mėginiuose ličio izotopų santykis gali labai skirtis. Tai atsiranda dėl natūralaus ar dirbtinio frakcionavimo. Į šį faktą atsižvelgiama atliekant tikslius laboratorinius eksperimentus.
Funkcijos
Ličio izotopai 6Li ir 7Li skiriasi branduolinėmis savybėmis: atomo branduolio ir reakcijos elementariųjų dalelių sąveikos tikimybe Produktai. Todėl jų taikymo sritis taip pat skiriasi.
Kai ličio izotopas 6Li yra bombarduojamas lėtais neutronais, susidaro ypač sunkus vandenilis (tritis). Šiuo atveju alfa dalelės atsiskiria ir susidaro helis. Dalelės išmetamos priešingomis kryptimis. Ši branduolinė reakcija parodyta paveikslėlyje žemiau.
Ši izotopo savybė naudojama kaip alternatyva pakeisti tritį sintezės reaktoriuose ir bombose, nes tričiui būdingas mažesnisstabilumas.
Ličio izotopas 7Ličio pavidalo skystis turi didelę specifinę šilumą ir mažą efektyvų branduolinį skerspjūvį. Lydinyje su natrio, cezio ir berilio fluoridu jis naudojamas kaip aušinimo skystis, taip pat kaip U ir Th fluoridų tirpiklis skystos druskos branduoliniuose reaktoriuose.
Pagrindinis išdėstymas
Paprastą ličio atomų išdėstymą gamtoje sudaro 3 protonai ir 4 neutronai. Likusieji turi 3 tokias daleles. Ličio izotopų branduolių išdėstymas parodytas paveikslėlyje žemiau (atitinkamai a ir b).
Norint iš helio atomo branduolio suformuoti Li atomo branduolį, reikia ir pakanka pridėti 1 protoną ir 1 neutroną. Šios dalelės sujungia savo magnetines jėgas. Neutronai turi sudėtingą magnetinį lauką, kurį sudaro 4 poliai, todėl pirmojo izotopo paveiksle vidutinis neutronas turi tris užimtus kontaktus ir vieną potencialiai laisvą.
Mažiausia ličio izotopo 7Li surišimo energija, reikalinga elemento branduoliui padalinti į nukleonus, yra 37,9 MeV. Jis nustatomas pagal toliau pateiktą skaičiavimo metodą.
Šiose formulėse kintamieji ir konstantos turi tokią reikšmę:
- n – neutronų skaičius;
- m – neutrono masė;
- p – protonų skaičius;
- dM yra skirtumas tarp dalelių, sudarančių branduolį, masės ir ličio izotopo branduolio masės;
- 931 meV yra energija, atitinkanti 1 a.u. e.m.
Branduolinėtransformacijos
Šio elemento izotopai branduolyje gali turėti iki 5 papildomų neutronų. Tačiau tokio ličio naudojimo laikas neviršija kelių milisekundžių. Kai pagaunamas protonas, izotopas 6Li virsta 7Be, kuris vėliau suyra į alfa dalelę ir helio izotopą 3 Jis. Kai bombarduoja deuteronai, 8Be vėl pasirodo. Kai branduolys 7Li užfiksuoja deuteroną, gaunamas branduolys 9Be, kuris iš karto suyra į 2 alfa daleles ir neutroną.
Kaip rodo eksperimentai, bombarduojant ličio izotopus galima stebėti daugybę branduolinių reakcijų. Taip išleidžiama daug energijos.
Gauti
Ličio izotopų atskyrimas gali būti atliekamas keliais būdais. Dažniausiai pasitaikantys yra:
- Atskyrimas garų sraute. Norėdami tai padaryti, į cilindrinį indą išilgai jo ašies įdedama diafragma. Dujinis izotopų mišinys tiekiamas į pagalbinį garą. Kai kurios šviesos izotopu praturtintos molekulės kaupiasi kairėje aparato pusėje. Taip yra dėl to, kad šviesos molekulės turi didelį difuzijos greitį per diafragmą. Jie išleidžiami kartu su garų srautu iš viršutinio antgalio.
- Termodifuzijos procesas. Šioje technologijoje, kaip ir ankstesnėje, naudojama skirtingų greičių savybė judėti molekulėms. Atskyrimo procesas vyksta kolonose, kurių sienos yra vėsinamos. Jų viduje centre ištemptas iki raudonumo įkaitęs laidas. Dėl natūralios konvekcijos atsiranda 2 srautai - šiltasis juda kartulaidai aukštyn, o š alti - palei sienas žemyn. Viršutinėje dalyje kaupiami ir pašalinami lengvieji izotopai, o apatinėje – sunkieji.
- Dujų centrifugavimas. Izotopų mišinys paleidžiamas centrifugoje, kuri yra plonasienis cilindras, besisukantis dideliu greičiu. Sunkesni izotopai išcentrine jėga metami į centrifugos sieneles. Dėl garų judėjimo jie nunešami žemyn, o šviesos izotopai iš centrinės prietaiso dalies - aukštyn.
- Cheminis metodas. Cheminė reakcija vyksta 2 reagentais, kurie yra skirtingos fazės būsenos, todėl galima atskirti izotopų srautus. Yra šios technologijos atmainų, kai tam tikri izotopai jonizuojami lazeriu ir atskiriami magnetiniu lauku.
- Clorido druskų elektrolizė. Šis metodas ličio izotopams taikomas tik laboratorinėmis sąlygomis.
Programa
Praktiškai visi ličio panaudojimo būdai yra susiję būtent su jo izotopais. Elemento variantas, kurio masės skaičius yra 6, naudojamas šiais tikslais:
- kaip tričio (branduolinio kuro reaktoriuose) š altinis;
- pramoninei tričio izotopų sintezei;
- termobranduoliniams ginklams gaminti.
Izotopas 7Li naudojamas šiuose laukuose:
- įkraunamų baterijų gamybai;
- medicinoje - antidepresantų ir raminamųjų vaistų gamybai;
- reaktoriuose: kaip aušinimo skystis, vandens veikimo sąlygoms palaikytiatominių elektrinių elektriniai reaktoriai, išvalyti aušinimo skystį branduolinių reaktorių pirminės grandinės demineralizatoriuose.
Ličio izotopų taikymo sritis tampa vis platesnė. Šiuo atžvilgiu viena iš neatidėliotinų pramonės problemų yra gauti labai gryną medžiagą, įskaitant monoizotopinius produktus.
2011 metais taip pat pradėtos gaminti tričio baterijos, kurios gaunamos švitinant ličio izotopais. Jie naudojami ten, kur reikalinga maža srovė ir ilgas tarnavimo laikas (širdies stimuliatoriai ir kiti implantai, skylių jutikliai ir kita įranga). Tričio pusinės eliminacijos laikas, taigi ir baterijos veikimo laikas, yra 12 metų.
