लिथियम समस्थानिक: परिभाषा और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 17:47

लिथियम समस्थानिकों का व्यापक रूप से न केवल परमाणु उद्योग में उपयोग किया जाता है, बल्कि रिचार्जेबल बैटरी के उत्पादन में भी किया जाता है। ये कई प्रकार के होते हैं, जिनमें से दो प्रकृति में पाए जाते हैं। आइसोटोप के साथ परमाणु प्रतिक्रियाएं बड़ी मात्रा में विकिरण की रिहाई के साथ होती हैं, जो ऊर्जा उद्योग में एक आशाजनक दिशा है।

परिभाषा

लिथियम के समस्थानिक किसी दिए गए रासायनिक तत्व के परमाणुओं की किस्में हैं। वे न्यूट्रल चार्ज प्राथमिक कणों (न्यूट्रॉन) की संख्या में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। आधुनिक विज्ञान ऐसे 9 समस्थानिकों को जानता है, जिनमें से सात कृत्रिम हैं, जिनका परमाणु भार 4 से 12 तक है।

इनमें से सबसे स्थिर ⁸Li है। इसकी हाफ-लाइफ 0.8403 सेकेंड है। 2 प्रकार के परमाणु आइसोमेरिक न्यूक्लाइड (परमाणु नाभिक जो न केवल न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं, बल्कि प्रोटॉन भी होते हैं) की भी पहचान की गई है - ^10m1Li और ^{10m2 ली. वे अंतरिक्ष और गुणों में परमाणुओं की संरचना में भिन्न हैं।}

प्रकृति में होना

प्राकृतिक परिस्थितियों में, केवल 2 स्थिर समस्थानिक होते हैं - जिनका द्रव्यमान 6 और 7 इकाई होता है। खाना खा लो(⁶ली, ^{7ली)। इनमें से सबसे आम लिथियम का दूसरा आइसोटोप है। मेंडेलीव की आवर्त प्रणाली में लिथियम की क्रम संख्या 3 है, और इसकी मुख्य द्रव्यमान संख्या 7 a.u है। ई. एम. यह तत्व पृथ्वी की पपड़ी में काफी दुर्लभ है। इसका निष्कर्षण और प्रसंस्करण महंगा है।}

धातु लिथियम प्राप्त करने के लिए मुख्य कच्चा माल इसका कार्बोनेट (या लिथियम कार्बोनेट) है, जिसे क्लोराइड में परिवर्तित किया जाता है, और फिर KCl या BaCl के मिश्रण में इलेक्ट्रोलाइज्ड किया जाता है। कार्बोनेट को CaO या CaCO_{3 के साथ सिंटरिंग करके प्राकृतिक सामग्री (लेपिडोलाइट, स्पोड्यूमिन पाइरोक्सिन) से अलग किया जाता है।}

नमूनों में, लिथियम आइसोटोप का अनुपात बहुत भिन्न हो सकता है। यह प्राकृतिक या कृत्रिम विभाजन के परिणामस्वरूप होता है। सटीक प्रयोगशाला प्रयोग करते समय इस तथ्य को ध्यान में रखा जाता है।

विशेषताएं

लिथियम समस्थानिक ⁶Li और ^{7Li परमाणु गुणों में भिन्न हैं: परमाणु नाभिक और प्रतिक्रिया के प्राथमिक कणों के परस्पर क्रिया की संभावना उत्पाद। इसलिए इनका दायरा भी अलग है।}

जब लिथियम समस्थानिक 6Li पर धीमे न्यूट्रॉनों की बमबारी की जाती है, तो अत्यधिक भारी हाइड्रोजन (ट्रिटियम) उत्पन्न होता है। इस मामले में, अल्फा कण अलग हो जाते हैं और हीलियम का निर्माण होता है। कण विपरीत दिशाओं में निकलते हैं। यह परमाणु प्रतिक्रिया नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है।

आइसोटोप की इस संपत्ति का उपयोग फ्यूजन रिएक्टरों और बमों में ट्रिटियम को बदलने के विकल्प के रूप में किया जाता है, क्योंकि ट्रिटियम की विशेषता एक छोटे से हैस्थिरता।

लिथियम समस्थानिक 7Li तरल रूप में उच्च विशिष्ट ऊष्मा और कम परमाणु प्रभावी क्रॉस सेक्शन होता है। सोडियम, सीज़ियम और बेरिलियम फ्लोराइड के साथ मिश्र धातु में, इसका उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है, साथ ही तरल-नमक परमाणु रिएक्टरों में यू और थ फ्लोराइड के लिए विलायक के रूप में भी प्रयोग किया जाता है।

कोर लेआउट

प्रकृति में लिथियम परमाणुओं की सबसे सामान्य व्यवस्था में 3 प्रोटॉन और 4 न्यूट्रॉन शामिल हैं। बाकी में ऐसे 3 कण होते हैं। लिथियम समस्थानिकों के नाभिक का लेआउट नीचे दिए गए चित्र (क्रमशः a और b) में दिखाया गया है।

हीलियम परमाणु के नाभिक से ली परमाणु का नाभिक बनाने के लिए 1 प्रोटॉन और 1 न्यूट्रॉन जोड़ना आवश्यक और पर्याप्त है। ये कण अपने चुंबकीय बलों को जोड़ते हैं। न्यूट्रॉन में एक जटिल चुंबकीय क्षेत्र होता है, जिसमें 4 ध्रुव होते हैं, इसलिए पहले समस्थानिक के आंकड़े में, औसत न्यूट्रॉन में तीन कब्जे वाले संपर्क होते हैं और एक संभावित रूप से मुक्त होता है।

लिथियम समस्थानिक की न्यूनतम बाध्यकारी ऊर्जा 7तत्व के नाभिक को न्यूक्लियॉन में विभाजित करने के लिए आवश्यक Li 37.9 MeV है। यह नीचे दी गई गणना पद्धति द्वारा निर्धारित किया जाता है।

इन सूत्रों में, चर और स्थिरांक के निम्नलिखित अर्थ हैं:

• n - न्यूट्रॉनों की संख्या;
• m - न्यूट्रॉन द्रव्यमान;
• p - प्रोटॉन की संख्या;
• dM नाभिक बनाने वाले कणों के द्रव्यमान और लिथियम समस्थानिक के नाभिक के द्रव्यमान के बीच का अंतर है;
• 931 meV 1 a.u के अनुरूप ऊर्जा है। ई.एम.

परमाणुपरिवर्तन

इस तत्व के समस्थानिकों के नाभिक में 5 अतिरिक्त न्यूट्रॉन हो सकते हैं। हालांकि, इस तरह के लिथियम का जीवनकाल कुछ मिलीसेकंड से अधिक नहीं होता है। जब एक प्रोटॉन पर कब्जा कर लिया जाता है, तो समस्थानिक ⁶Li ⁷Be में बदल जाता है, जो बाद में एक अल्फा कण और एक हीलियम समस्थानिक में बदल जाता है ^{3 वह। जब ड्युटरॉन द्वारा बमबारी की जाती है,} 8^{फिर से प्रकट हो जाओ। जब एक ड्यूटेरॉन को नाभिक} 7^{Li द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, तो नाभिक प्राप्त होता है} 9^{Be, जो तुरंत 2 अल्फा कणों और एक न्यूट्रॉन में विघटित हो जाता है।}

जैसा कि प्रयोग दिखाते हैं, लिथियम आइसोटोप पर बमबारी करते समय, विभिन्न प्रकार की परमाणु प्रतिक्रियाएं देखी जा सकती हैं। इससे महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

प्राप्त

लिथियम समस्थानिक पृथक्करण कई प्रकार से किया जा सकता है। सबसे आम हैं:

• भाप प्रवाह में पृथक्करण। ऐसा करने के लिए, एक डायाफ्राम को अपनी धुरी के साथ एक बेलनाकार बर्तन में रखा जाता है। समस्थानिकों के गैसीय मिश्रण को सहायक भाप में डाला जाता है। प्रकाश समस्थानिक में समृद्ध कुछ अणु तंत्र के बाईं ओर जमा होते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि प्रकाश अणुओं में डायाफ्राम के माध्यम से प्रसार की उच्च दर होती है। उन्हें शीर्ष नोजल से भाप के प्रवाह के साथ एक साथ छुट्टी दे दी जाती है।
• थर्मोडिफ्यूजन प्रक्रिया। इस तकनीक में, पिछले एक की तरह, गतिमान अणुओं के लिए विभिन्न गति के गुण का उपयोग किया जाता है। पृथक्करण प्रक्रिया उन स्तंभों में होती है जिनकी दीवारों को ठंडा किया जाता है। उनके अंदर बीच में एक लाल-गर्म तार फैला हुआ है। प्राकृतिक संवहन के परिणामस्वरूप, 2 प्रवाह उत्पन्न होते हैं - गर्म एक साथ चलता हैतार ऊपर, और ठंड - दीवारों के साथ नीचे। ऊपरी भाग में प्रकाश समस्थानिकों को संचित और हटा दिया जाता है, और निचले भाग में भारी समस्थानिकों को हटा दिया जाता है।
• गैस सेंट्रीफ्यूजेशन। समस्थानिकों का मिश्रण एक अपकेंद्रित्र में चलाया जाता है, जो एक पतली दीवार वाला सिलेंडर होता है जो तेज गति से घूमता है। अपकेंद्रित्र की दीवारों के खिलाफ केन्द्रापसारक बल द्वारा भारी आइसोटोप फेंके जाते हैं। भाप की गति के कारण, उन्हें नीचे ले जाया जाता है, और उपकरण के मध्य भाग से प्रकाश समस्थानिक - ऊपर।
• रासायनिक विधि। रासायनिक प्रतिक्रिया 2 अभिकर्मकों में होती है जो विभिन्न चरण राज्यों में होती हैं, जिससे आइसोटोप प्रवाह को अलग करना संभव हो जाता है। इस तकनीक की कई किस्में हैं, जब कुछ समस्थानिकों को एक लेजर द्वारा आयनित किया जाता है और फिर एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा अलग किया जाता है।
• क्लोराइड लवण का इलेक्ट्रोलिसिस। इस विधि का उपयोग केवल प्रयोगशाला स्थितियों में लिथियम आइसोटोप के लिए किया जाता है।

आवेदन

व्यावहारिक रूप से लिथियम के सभी अनुप्रयोग इसके समस्थानिकों से सटीक रूप से जुड़े हुए हैं। 6 की द्रव्यमान संख्या वाले तत्व की भिन्नता का उपयोग निम्नलिखित उद्देश्यों के लिए किया जाता है:

• ट्रिटियम के स्रोत के रूप में (रिएक्टरों में परमाणु ईंधन);
• ट्रिटियम समस्थानिकों के औद्योगिक संश्लेषण के लिए;
• थर्मोन्यूक्लियर हथियार बनाने के लिए।

आइसोटोप 7Li का प्रयोग निम्नलिखित क्षेत्रों में किया जाता है:

• रिचार्जेबल बैटरी के उत्पादन के लिए;
• दवा में - एंटीडिपेंटेंट्स और ट्रैंक्विलाइज़र के निर्माण के लिए;
• रिएक्टरों में: शीतलक के रूप में, पानी की परिचालन स्थितियों को बनाए रखने के लिएपरमाणु रिएक्टरों के प्राथमिक सर्किट के डिमिनरलाइज़र में शीतलक को साफ करने के लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के पावर रिएक्टर।

लिथियम आइसोटोप का दायरा व्यापक होता जा रहा है। इस संबंध में, उद्योग की प्रमुख समस्याओं में से एक मोनो-आइसोटोपिक उत्पादों सहित उच्च शुद्धता का पदार्थ प्राप्त करना है।

2011 में, ट्रिटियम बैटरी का उत्पादन भी शुरू किया गया था, जो लिथियम आइसोटोप के साथ लिथियम को विकिरणित करके प्राप्त किया जाता है। उनका उपयोग किया जाता है जहां कम धाराओं और लंबी सेवा जीवन की आवश्यकता होती है (पेसमेकर और अन्य प्रत्यारोपण, डाउनहोल सेंसर और अन्य उपकरण)। ट्रिटियम का आधा जीवन, और इसलिए बैटरी का जीवन, 12 वर्ष है।