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

• Abundența de izotopi este dată pentru majoritatea probelor naturale. Pentru alte surse, valorile pot varia foarte mult.

• Indicii 'm', 'n', 'p' (lângă simbol) denotă stările izomerice excitate ale nuclidului.

• Simbolurile îngroșate indică produse de degradare stabile. Simbolurile cu caractere cursive aldine denotă produse de descompunere radioactivă care au timpi de înjumătățire comparabil cu sau mai mare decât vârsta Pământului și, prin urmare, prezenți în amestecul natural.

• Valorile marcate cu un hash (#) nu sunt derivate numai din datele experimentale, ci sunt (cel puțin parțial) estimate din tendințele sistematice ale nuclizilor vecini (cu aceleași rapoarte Z și N ). Rotirea incertitudinii și/sau valorile de paritate sunt incluse în paranteze.

• Incertitudinea este dată ca un număr între paranteze, exprimat în unități ale ultimei cifre semnificative, înseamnă o abatere standard (cu excepția abundenței și a masei atomice standard a unui izotop conform datelor IUPAC , pentru care este o definiție mai complexă a incertitudinii). folosit). Exemple: 29770,6(5) înseamnă 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) înseamnă 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) înseamnă −2200,2 ± 1,8.

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 .  (nedefinit); 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 .
12. ↑ 1 2 Greutatea atomică a litiului | Comisia pentru Abundențe Izotopice și Greutăți Atomice . www.ciaaw.org . Data accesului: 21 octombrie 2021. (nedefinit)

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