Izotopi de litiu

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 25 ianuarie 2022; verificările necesită 6 modificări .

Izotopii de litiu  sunt soiuri de atomi (și nuclee ) ai elementului chimic litiu , având un conținut diferit de neutroni în nucleu. În prezent, sunt cunoscuți 9 izotopi de litiu și încă 2 stări izomerice excitate ale unora dintre nuclizii săi , 10m1 Li − 10m2 Li.

Există doi izotopi stabili ai litiului în natură: 6 Li (7,5%) și 7 Li (92,5%).

Cel mai stabil izotop artificial, 8 Li, are un timp de înjumătățire de 0,8403 s.

Izotopul exotic 3Li (triproton ) nu pare să existe ca sistem legat.

Origine

7 Li este unul dintre puținii izotopi care au apărut în timpul nucleosintezei primare (adică în perioada de la 1 secundă la 3 minute după Big Bang [1] ) într-o cantitate de cel mult 10 -9 din toate elementele. [2] [3] O parte din izotopul 6 Li, de cel puțin zece mii de ori mai mic decât 7 Li, este de asemenea produs în nucleosinteza primordială [1] .

În nucleosinteza stelară s-au format de aproximativ zece ori mai mult decât 7 Li. Litiul este un produs intermediar al reacției ppII , dar la temperaturi ridicate este transformat activ în heliu [4] [5] .

Rapoartele observate ale 7 Li și 6 Li nu sunt de acord cu predicția modelului standard de nucleosinteză primordială ( BBN standard ). Această discrepanță este cunoscută sub numele de „ problema primordială a litiului ”. [1] [6]

Separare

Litiul-6 are o afinitate mai mare pentru mercur decât litiul-7. Procesul de îmbogățire COLEX [7] se bazează pe aceasta . Un proces alternativ este distilarea în vid, care are loc la temperaturi de aproximativ 550 °C.

De obicei, separarea izotopilor de litiu era necesară pentru programele nucleare militare ( URSS , SUA , China ). În prezent, doar Rusia și China au capacități de separare funcționale [7] .

Așadar, în SUA în 1954 (conform altor surse, în 1955) a fost construit un atelier pentru separarea izotopilor de litiu la uzina militară Y-12 . 6Li îmbogățit în izotop a fost trimis pentru producția de arme termonucleare și îmbogățit în 7Li - pentru nevoile programului atomic civil al SUA [8] .

Aplicație

Izotopii 6 Li și 7 Li au proprietăți nucleare diferite (secțiune transversală de absorbție a neutronilor termici, produși de reacție) și domeniul lor este diferit. Hafniatul de litiu face parte dintr-un email special conceput pentru eliminarea deșeurilor nucleare de mare activitate care conțin plutoniu .

Litiu-6

Este utilizat în ingineria energiei termonucleare.

Când nuclidul 6 Li este iradiat cu neutroni termici, se obține tritiu radioactiv 3 H:

Datorită acestui fapt, litiul-6 poate fi folosit ca înlocuitor pentru radioactiv, instabil și incomod pentru a manipula tritiul atât în ​​scopuri militare ( arme termonucleare ) cât și civile ( fuziune termonucleară controlată ). Armele termonucleare folosesc de obicei litiu-6 deuteriră 6 LiD.

De asemenea, este promițător să se utilizeze litiu-6 pentru a produce heliu-3 (prin tritiu) pentru utilizare ulterioară în reactoare termonucleare cu deuteriu-heliu.

Litiu-7

Este folosit în reactoare nucleare [9] . Datorită căldurii specifice foarte ridicate și secțiunii transversale scăzute de captare a neutronilor termici, litiul-7 lichid (adesea sub formă de aliaj cu sodiu sau cesiu ) servește ca lichid de răcire eficient . Fluorura de litiu-7 dintr-un aliaj cu fluorura de beriliu (66% LiF + 34% BeF 2 ) se numește „flybe” (FLiBe) și este utilizată ca lichid de răcire și solvent foarte eficient pentru fluorurile de uraniu și toriu în sare lichidă la temperatură înaltă. reactoare , şi pentru producerea de tritiu .

Compușii de litiu îmbogățiți în izotopul litiu-7 sunt utilizați în reactoarele PWR pentru a menține regimul chimic al apei, precum și în demineralizatorul primar. Necesarul anual al SUA este estimat la 200-300 kg , doar Rusia și China au producție [7] .

Tabel cu izotopi de litiu

Simbolul
nuclidului 		Z ( p ) N( n ) Masa izotopică [10]
( a.u.m. ) 		Timp
de înjumătățire [11]
(T 1/2 ) 		Canal de dezintegrare Produs de degradare Spinul și paritatea
nucleului [11] 		Prevalența
izotopului în natură 		Gama de modificări ale abundenței izotopice în natură
Energia de excitare
3 Li [n 1] 3 0 3,03078(215)# p 2 El _ 3/2−#
4Li _ 3 unu 4,02719(23) 9,1(9)⋅10 -23 s
[5,06(52) MeV] 		p 3El _ 2−
5Li _ 3 2 5,012540(50) 3,7(3)⋅10 -22 s
[1,24(10) MeV] 		p 4 El 3/2−
6Li _ 3 3 6.0151228874(15) grajd 1+ [0,019, 0,078] [12]
6m Li 3562,88(10) keV 5,6(14)⋅10 -17 s IP 6Li _ 0+
7Li _ 3 patru 7.016003434(4) grajd 3/2− [0,922, 0,981] [12]
8Li _ 3 5 8,02248624(5) 838,7(3) ms β − 8 Fii [n 2] 2+
9Li _ 3 6 9.02679019(20) 178,2(4) ms β − , n (50,5(1,0)%) 8Fii [n3 ] 3/2−
β − (49,5(1,0)%) 9 Fii
10Li _ 3 7 10,035483(14) 2,0(5)⋅10 -21 s
[0,2(1,2) MeV] 		n 9Li _ (1−, 2−)
10m1Li _ 200(40) keV 3,7(1,5)⋅10 -21 s IP 1+
10m2Li _ 480(40) keV 1,35⋅10 -21 s
[0,350(70) MeV] 		IP 2+
11 Li 3 opt 11.0437236(7) 8,75(6) ms β − , n (86,3(9)%) 10 Fii 3/2−
β − (6,0(1,0)%) 11 Fii
β − , 2n (4,1(4)%) 9 Fii
β − , 3n (1,9(2)%) 8Fii [n4 ]
β − , α (1,7(3)%) 7 El
β − , diviziune (0,0130(13)%) 9Li , 2H _
β − , diviziune (0,0093(8)%) 8Li , 3H _
12Li _ 3 9 12,052610(30) n 11 Li (1−,2−)
13Li _ 3 zece 13,061170(80) 3,3⋅10 -21 s
[0,2(9,2) MeV] 		2n 11 Li 3/2−#
  1. ↑ Descoperirea acestui izotop nu a fost confirmată.
  2. ↑ Se împarte imediat în două particule α pentru reacția 8 Li → 2 4 He + e −
  3. ↑ Se împarte imediat în două particule α pentru reacția 9 Li → 2 4 He + 1 n + e −
  4. ↑ Se împarte imediat în două particule α pentru reacția 11 Li → 2 4 He + 3 1 n + e −

Explicații la tabel

Note

  1. ↑ 1 2 3 BD Fields, The Primordial Lithium Problem , Annual Reviews of Nuclear and Particle Science 2011
  2. ↑ Postnov K.A. Prelegeri despre astrofizică generală pentru fizicieni . ; vezi Fig. 11.1
  3. ↑ http://www.int.washington.edu/PHYS554/2005/vanderplas.pdf
  4. ↑ Lectura 27: Nucleosinteza stelară Arhivată 28 mai 2015 la Wayback Machine // Universitatea din Toledo - „Distrugerea litiului în stele tinere convective” slide 28
  5. ↑ Greg Ruchti, Lithium in the Cosmos  - „Lithium is Fragile” slide 10
  6. ↑ Karsten JEDAMZIK, Big Bang Nucleosynthesis and the Cosmic Lithium Problem
  7. ↑ 1 2 3 PWR - amenințare cu litiu , ATOMINFO.RU (23 octombrie 2013). Preluat la 29 decembrie 2013.
  8. ↑ Litiu militar american
  9. ↑ Managing Critical Isotopes: Stewardship of Lithium-7 Is Needed to Ensure a Stable Supply, GAO-13-716 // Biroul de responsabilitate guvernamentală din SUA , 19 septembrie 2013; pdf
  10. ↑ Date bazate pe Huang WJ , Meng Wang , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (I). Evaluarea datelor de intrare și a procedurilor de ajustare  (engleză)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - P. 030002-1-030002-342 . doi : 10.1088 / 1674-1137/abddb0 .
  11. ↑ 1 2 Date date după Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties  // Chinese Physics C  . - 2021. - Vol. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Acces deschis
  12. ↑ 1 2 Greutatea atomică a litiului | Comisia pentru Abundențe Izotopice și Greutăți Atomice . www.ciaaw.org . Data accesului: 21 octombrie 2021.
 izotopi
  unu 2                             3 patru 5 6 7 opt 9 zece unsprezece 12 13 paisprezece cincisprezece 16 17 optsprezece
unu x H   x El
2 x Li x Fii   x B x C x N x O x F x Ne
3 x Na xMg _   x Al x Si x P x S xCl _ xAr _
patru x K x Ca   x Sc x Ti x V xCr _ xMn _ x Fe x Co x Ni x Cu xZn _ x Ga x Ge xAs _ x Se xBr _ xKr _
5 xRb _ xSr _   x Y xZr _ xNb _ x Mo x Tc x Ru x Rh x Pd xAg _ x CD x In x Sn x Sb x Te x eu x Xe
6 x Cs x Ba x La x Ce x Pr xNd _ x Pm xSm _ xEu _ x Gd xTb _ xDy _ x Ho x Er x Tm x Yb x Lu x Hf x Ta x W x Re xOs _ xIr _ xPt _ xAu _ x Hg xTl _ xPb _ x Bi x Po x La xRn _
7 xFr _ x Ra x Ac xTh _ xPa _ x U xNp _ x Pu x Am x cm xBk _ x Cf x Es xFm _ xMd _ x Nu xLr _ xRf _ xDb _ xSg _ x Bh x Hs x Mt xDs _ xRg _ x Cn xNh _ xFl _ x Mc xLv _ x Ts xOg _
 
Metale alcaline metale alcalino-pământoase Lantanide Actinide metale de tranziție
metale ușoare Semimetale nemetale Halogeni gaze nobile Proprietăți necunoscute