Isotop lithium banyak digunakan tidak hanya dalam industri nuklir, tetapi juga dalam produksi baterai isi ulang. Ada beberapa jenisnya, dua di antaranya ditemukan di alam. Reaksi nuklir dengan isotop disertai dengan pelepasan sejumlah besar radiasi, yang merupakan arah yang menjanjikan dalam industri energi.
Definisi
Isotop litium adalah jenis atom dari unsur kimia tertentu. Mereka berbeda satu sama lain dalam jumlah partikel elementer bermuatan netral (neutron). Ilmu pengetahuan modern mengetahui 9 isotop seperti itu, tujuh di antaranya buatan, dengan massa atom dari 4 hingga 12.
Dari jumlah tersebut, yang paling stabil adalah 8Li. Waktu paruhnya adalah 0,8403 detik. 2 jenis nuklida isomer nuklir (inti atom yang berbeda tidak hanya dalam jumlah neutron, tetapi juga proton) juga telah diidentifikasi - 10m1Li dan 10m2 Li. Mereka berbeda dalam struktur atom dalam ruang dan sifat.
Berada di alam
Dalam kondisi alami, hanya ada 2 isotop stabil - dengan massa 6 dan 7 satuan a. makan(6Li, 7Li). Yang paling umum adalah isotop lithium kedua. Litium dalam sistem periodik Mendeleev memiliki nomor seri 3, dan nomor massa utamanya adalah 7 a.u. e.m. Unsur ini cukup langka di kerak bumi. Ekstraksi dan pemrosesannya mahal.
Bahan baku utama untuk memperoleh litium logam adalah karbonatnya (atau litium karbonat), yang diubah menjadi klorida, dan kemudian dielektrolisis dalam campuran dengan KCl atau BaCl. Karbonat diisolasi dari bahan alam (lepidolite, spodumene pyroxene) melalui sintering dengan CaO atau CaCO3.
Dalam sampel, rasio isotop litium dapat sangat bervariasi. Ini terjadi sebagai akibat dari fraksinasi alami atau buatan. Fakta ini diperhitungkan saat melakukan eksperimen laboratorium yang akurat.
Fitur
Isotop lithium 6Li dan 7Li berbeda dalam sifat nuklir: probabilitas interaksi partikel elementer dari inti atom dan reaksi produk. Oleh karena itu, cakupannya juga berbeda.
Ketika isotop litium 6Li dibombardir dengan neutron lambat, hidrogen superberat (tritium) dihasilkan. Dalam hal ini, partikel alfa terbelah dan helium terbentuk. Partikel dikeluarkan dalam arah yang berlawanan. Reaksi nuklir ini ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Sifat isotop ini digunakan sebagai alternatif untuk menggantikan tritium dalam reaktor fusi dan bom, karena tritium bercirikan lebih kecilstabilitas.
Lithium isotope 7Li dalam bentuk cair memiliki kalor jenis yang tinggi dan penampang efektif nuklir yang rendah. Dalam paduan dengan natrium, sesium dan berilium fluorida, digunakan sebagai pendingin, serta pelarut untuk U dan Th fluorida dalam reaktor nuklir cair-garam.
Tata letak inti
Susunan atom litium yang paling umum di alam meliputi 3 proton dan 4 neutron. Sisanya memiliki 3 partikel seperti itu. Tata letak inti isotop litium ditunjukkan pada gambar di bawah ini (masing-masing a dan b).
Untuk membentuk inti atom Li dari inti atom helium, perlu dan cukup untuk menambahkan 1 proton dan 1 neutron. Partikel-partikel ini menghubungkan kekuatan magnet mereka. Neutron memiliki medan magnet yang kompleks, yang terdiri dari 4 kutub, sehingga pada gambar untuk isotop pertama, neutron rata-rata memiliki tiga kontak terisi dan satu berpotensi bebas.
Energi ikat minimum isotop litium 7Li yang diperlukan untuk memecah inti unsur menjadi nukleon adalah 37,9 MeV. Itu ditentukan oleh metode perhitungan yang diberikan di bawah ini.
Dalam rumus ini, variabel dan konstanta memiliki arti sebagai berikut:
- n – jumlah neutron;
- m – massa neutron;
- p – jumlah proton;
- dM adalah selisih antara massa partikel penyusun inti dan massa inti isotop litium;
- 931 meV adalah energi yang sesuai dengan 1 a.u. e.m.
Nuklirtransformasi
Isotop unsur ini dapat memiliki hingga 5 neutron ekstra di dalam inti. Namun, masa pakai lithium jenis ini tidak melebihi beberapa milidetik. Ketika sebuah proton ditangkap, isotop 6Li berubah menjadi 7Be, yang kemudian meluruh menjadi partikel alfa dan isotop helium 3 Dia. Saat dibombardir oleh deuteron, 8Be muncul kembali. Ketika deuteron ditangkap oleh inti 7Li, diperoleh inti 9Be, yang segera meluruh menjadi 2 partikel alfa dan sebuah neutron.
Seperti yang ditunjukkan eksperimen, ketika membombardir isotop litium, berbagai macam reaksi nuklir dapat diamati. Ini melepaskan sejumlah besar energi.
Terima
Pemisahan isotop lithium dapat dilakukan dengan beberapa cara. Yang paling umum adalah:
- Pemisahan dalam aliran uap. Untuk melakukan ini, diafragma ditempatkan di bejana silindris di sepanjang porosnya. Campuran gas isotop diumpankan ke uap tambahan. Beberapa molekul yang diperkaya dengan isotop cahaya terakumulasi di sisi kiri peralatan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul cahaya memiliki tingkat difusi yang tinggi melalui diafragma. Mereka dibuang bersama dengan aliran uap dari nosel atas.
- Proses termodifusi. Dalam teknologi ini, seperti pada yang sebelumnya, properti kecepatan yang berbeda untuk molekul yang bergerak digunakan. Proses pemisahan terjadi pada kolom yang dindingnya didinginkan. Di dalamnya, kabel merah-panas direntangkan di tengah. Sebagai hasil dari konveksi alami, 2 aliran muncul - yang hangat bergerak bersamakabel ke atas, dan dingin - di sepanjang dinding ke bawah. Isotop ringan diakumulasikan dan dihilangkan di bagian atas, dan isotop berat di bagian bawah.
- Sentrifugasi gas. Campuran isotop dijalankan dalam centrifuge, yang merupakan silinder berdinding tipis yang berputar dengan kecepatan tinggi. Isotop yang lebih berat dilemparkan oleh gaya sentrifugal ke dinding centrifuge. Karena pergerakan uap, mereka terbawa ke bawah, dan isotop ringan dari bagian tengah perangkat - naik.
- Metode kimia. Reaksi kimia berlangsung dalam 2 reagen yang berada dalam keadaan fasa yang berbeda, yang memungkinkan untuk memisahkan aliran isotop. Ada berbagai jenis teknologi ini, ketika isotop tertentu diionisasi oleh laser dan kemudian dipisahkan oleh medan magnet.
- Elektrolisis garam klorida. Metode ini hanya digunakan untuk isotop litium dalam kondisi laboratorium.
Aplikasi
Hampir semua aplikasi litium terkait secara tepat dengan isotopnya. Variasi elemen dengan nomor massa 6 digunakan untuk tujuan berikut:
- sebagai sumber tritium (bahan bakar nuklir dalam reaktor);
- untuk sintesis industri isotop tritium;
- untuk membuat senjata termonuklir.
Isotop 7Li digunakan dalam bidang berikut:
- untuk produksi baterai isi ulang;
- dalam pengobatan - untuk pembuatan antidepresan dan obat penenang;
- dalam reaktor: sebagai pendingin, untuk menjaga kondisi operasi airreaktor daya pembangkit listrik tenaga nuklir, untuk membersihkan pendingin di demineralisasi sirkuit utama reaktor nuklir.
Cakupan isotop litium menjadi lebih luas. Dalam hal ini, salah satu masalah industri yang mendesak adalah untuk mendapatkan zat dengan kemurnian tinggi, termasuk produk mono-isotop.
Pada tahun 2011, produksi baterai tritium juga diluncurkan, yang diperoleh dengan menyinari litium dengan isotop litium. Mereka digunakan di mana arus rendah dan masa pakai yang lama diperlukan (alat pacu jantung dan implan lainnya, sensor lubang bawah dan peralatan lainnya). Waktu paruh tritium, dan oleh karena itu umur baterai adalah 12 tahun.
