Isotopu za lithiamu hutumika sana sio tu katika tasnia ya nyuklia, bali pia katika utengenezaji wa betri zinazoweza kuchajiwa tena. Kuna aina kadhaa zao, mbili ambazo zinapatikana katika asili. Athari za nyuklia na isotopu huambatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha mionzi, ambayo ni mwelekeo wa kuahidi katika sekta ya nishati.
Ufafanuzi
Isotopu za lithiamu ni aina za atomi za kipengele fulani cha kemikali. Zinatofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa idadi ya chembe za msingi zilizoshtakiwa kwa upande wowote (neutroni). Sayansi ya kisasa inajua isotopu 9 kama hizo, saba kati yake ni za bandia, zenye misa ya atomiki kutoka 4 hadi 12.
Kati ya hizi, thabiti zaidi ni 8Li. Nusu ya maisha yake ni sekunde 0.8403. Aina 2 za nuklidi za isomeri za nyuklia (viini vya atomiki ambazo hutofautiana sio tu kwa idadi ya neutroni, lakini pia protoni) pia zimetambuliwa - 10m1Li na 10m2 Li. Zinatofautiana katika muundo wa atomi katika nafasi na tabia.
Kuwa katika asili
Katika hali ya asili, kuna isotopu 2 pekee - zenye uzito wa vitengo 6 na 7 a. kula(6Li, 7Li). Ya kawaida zaidi ya haya ni isotopu ya pili ya lithiamu. Lithium katika mfumo wa upimaji wa Mendeleev ina nambari ya serial 3, na nambari yake kuu ya misa ni 7 a.u. e.m. Kipengele hiki ni nadra sana katika ukoko wa dunia. Uchimbaji na usindikaji wake ni wa gharama kubwa.
Malighafi kuu ya kupata lithiamu ya metali ni carbonate yake (au lithiamu carbonate), ambayo hubadilishwa kuwa kloridi, na kisha kuwekwa kielektroniki katika mchanganyiko na KCl au BaCl. Carbonate imetengwa na nyenzo asilia (lepidolite, spodumene pyroxene) kwa kuchomwa na CaO au CaCO3.
Katika sampuli, uwiano wa isotopu za lithiamu unaweza kutofautiana sana. Hii hutokea kama matokeo ya kugawanyika kwa asili au bandia. Ukweli huu huzingatiwa wakati wa kufanya majaribio sahihi ya maabara.
Vipengele
Isotopu za lithiamu 6Li na 7Li hutofautiana katika sifa za nyuklia: uwezekano wa mwingiliano wa chembe za msingi za kiini cha atomiki na mmenyuko. bidhaa. Kwa hivyo, upeo wao pia ni tofauti.
Isotopu ya lithiamu 6Li inapopigwa na neutroni za polepole, hidrojeni nzito zaidi (tritium) inatolewa. Katika kesi hii, chembe za alpha hugawanyika na heliamu huundwa. Chembe hutolewa kwa mwelekeo tofauti. Athari hii ya nyuklia imeonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini.
Sifa hii ya isotopu inatumika kama njia mbadala ya kuchukua nafasi ya tritium katika vinu vya muunganisho na mabomu, kwani tritium ina sifa ya ndogo zaidi.utulivu.
Isotopu ya lithiamu 7Li katika hali ya kioevu ina joto la juu mahususi na sehemu ya msalaba yenye ufanisi mdogo wa nyuklia. Katika aloi yenye floridi ya sodiamu, cesium na berilliamu, hutumika kama kipozezi, na vile vile kutengenezea floridi U na Th katika viyeyusho vya nyuklia vyenye chumvi kioevu.
Muundo msingi
Mpangilio unaojulikana zaidi wa atomi za lithiamu katika asili ni pamoja na protoni 3 na neutroni 4. Zingine zina chembe 3 kama hizo. Mpangilio wa viini vya isotopu za lithiamu umeonyeshwa kwenye mchoro hapa chini (a na b, mtawalia).
Ili kuunda kiini cha atomi ya Li kutoka kwenye kiini cha atomi ya heliamu, ni muhimu na inatosha kuongeza protoni 1 na nyutroni 1. Chembe hizi huunganisha nguvu zao za sumaku. Neutroni zina uga changamano wa sumaku, ambao una nguzo 4, kwa hivyo katika mchoro wa isotopu ya kwanza, neutroni wastani ina miunganisho mitatu iliyokaliwa na moja inayoweza kuwa huru.
Nishati ya chini kabisa inayofunga ya isotopu ya lithiamu 7Li inayohitajika ili kugawanya kiini cha elementi hiyo kuwa viini ni 37.9 MeV. Inaamuliwa na mbinu ya kukokotoa iliyotolewa hapa chini.
Katika fomula hizi, viambajengo na viambajengo vina maana ifuatayo:
- n – idadi ya neutroni;
- m – uzito wa nutroni;
- p - idadi ya protoni;
- dM ni tofauti kati ya wingi wa chembechembe zinazounda kiini na wingi wa kiini cha isotopu ya lithiamu;
- 931 meV ni nishati inayolingana na 1 a.u. e.m.
Nyukliamabadiliko
Isotopu za kipengele hiki zinaweza kuwa na hadi neutroni 5 za ziada kwenye kiini. Walakini, maisha ya aina hii ya lithiamu hayazidi milliseconds chache. Wakati protoni inanaswa, isotopu 6Li hubadilika na kuwa 7Be, ambayo baadaye huoza na kuwa chembe ya alpha na isotopu ya heliamu 3 Yeye. Inapopigwa na deuterons, 8Kuwa hujitokeza tena. Wakati deuteroni inanaswa na kiini 7Li, kiini hupatikana 9Be, ambayo mara moja huoza na kuwa chembe 2 za alpha na nyutroni.
Kama majaribio yanavyoonyesha, wakati wa kupiga isotopu za lithiamu, aina mbalimbali za athari za nyuklia zinaweza kuzingatiwa. Hii hutoa kiasi kikubwa cha nishati.
Pokea
Utenganishaji wa isotopu ya lithiamu unaweza kufanywa kwa njia kadhaa. Ya kawaida zaidi ni:
- Kutengana katika mtiririko wa mvuke. Kwa kufanya hivyo, diaphragm imewekwa kwenye chombo cha cylindrical pamoja na mhimili wake. Mchanganyiko wa gesi ya isotopu hulishwa kuelekea mvuke msaidizi. Baadhi ya molekuli zilizoboreshwa katika isotopu nyepesi hujilimbikiza upande wa kushoto wa kifaa. Hii ni kutokana na ukweli kwamba molekuli za mwanga zina kiwango cha juu cha kuenea kwa njia ya diaphragm. Hutolewa pamoja na mtiririko wa mvuke kutoka kwenye pua ya juu.
- Mchakato wa kuongeza joto. Katika teknolojia hii, kama katika ile iliyopita, mali ya kasi tofauti ya kusonga molekuli hutumiwa. Mchakato wa kujitenga unafanyika katika nguzo ambazo kuta zake zimepozwa. Ndani yao, waya nyekundu-moto huwekwa katikati. Kama matokeo ya ubadilishaji wa asili, mtiririko 2 huibuka - ule wa joto husogeawaya juu, na baridi - kando ya kuta chini. Isotopu nyepesi hukusanywa na kuondolewa katika sehemu ya juu, na isotopu nzito katika sehemu ya chini.
- Uwekaji wa gesi. Mchanganyiko wa isotopu huendeshwa kwenye centrifuge, ambayo ni silinda yenye kuta nyembamba inayozunguka kwa kasi ya juu. Isotopu nzito hutupwa kwa nguvu ya centrifugal dhidi ya kuta za centrifuge. Kwa sababu ya mwendo wa mvuke, hubebwa chini, na isotopu nyepesi kutoka sehemu ya kati ya kifaa - juu.
- Mbinu ya kemikali. Mmenyuko wa kemikali huendelea katika vitendanishi 2 ambavyo viko katika hali tofauti za awamu, ambayo inafanya uwezekano wa kutenganisha mtiririko wa isotopu. Kuna aina za teknolojia hii, wakati isotopu fulani hutiwa ioni kwa leza na kisha kutenganishwa na uga wa sumaku.
- Umeme wa chumvi za kloridi. Njia hii hutumiwa kwa isotopu za lithiamu katika hali ya maabara pekee.
Maombi
Kivitendo matumizi yote ya lithiamu yanahusishwa kwa usahihi na isotopu zake. Tofauti ya kipengele chenye wingi wa nambari 6 hutumika kwa madhumuni yafuatayo:
- kama chanzo cha tritium (mafuta ya nyuklia kwenye viyeyusho);
- kwa usanisi wa kiviwanda wa isotopu za tritium;
- ya kutengeneza silaha za nyuklia.
Isotopu 7Li inatumika katika nyanja zifuatazo:
- kwa ajili ya utengenezaji wa betri zinazoweza kuchajiwa tena;
- kwenye dawa - kwa ajili ya kutengeneza dawa za kupunguza mfadhaiko na kutuliza;
- katika viyeyusho: kama kipozezi, ili kudumisha hali ya uendeshaji ya majivinu vya nguvu vya vinu vya nyuklia, ili kusafisha kipozezi katika visafishaji madini vya sakiti kuu ya vinu vya nyuklia.
Upeo wa isotopu za lithiamu unazidi kuwa pana. Katika suala hili, mojawapo ya matatizo makubwa ya sekta hiyo ni kupata dutu ya usafi wa juu, ikiwa ni pamoja na bidhaa za isotopic.
Mnamo 2011, utengenezaji wa betri za tritium pia ulizinduliwa, ambazo hupatikana kwa kumwagilia lithiamu na isotopu za lithiamu. Zinatumika ambapo mikondo ya chini na maisha ya huduma ya muda mrefu inahitajika (pacemakers na implants nyingine, sensorer downhole na vifaa vingine). Nusu ya maisha ya tritium, na kwa hivyo maisha ya betri, ni miaka 12.
