Isótopos de litio

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Los isótopos de litio  son variedades de átomos (y núcleos ) del elemento químico litio , que tienen un contenido diferente de neutrones en el núcleo. Actualmente se conocen 9 isótopos de litio y 2 estados isoméricos excitados más de algunos de sus nucleidos , 10m1 Li − 10m2 Li.

Hay dos isótopos estables de litio en la naturaleza: 6 Li (7,5%) y 7 Li (92,5%).

El isótopo artificial más estable, 8 Li, tiene una vida media de 0,8403 s.

El exótico isótopo 3Li (triprotón ) no parece existir como un sistema unido.

Origen

7 Li es uno de los pocos isótopos que surgieron durante la nucleosíntesis primaria (es decir, en el período de 1 segundo a 3 minutos después del Big Bang [1] ) en una cantidad de no más de 10 −9 de todos los elementos. [2] [3] Parte del isótopo 6 Li, al menos diez mil veces más pequeño que 7 Li, también se produce en la nucleosíntesis primordial [1] .

Aproximadamente diez veces más de 7 Li se formaron en la nucleosíntesis estelar. El litio es un producto intermedio de la reacción ppII , pero a altas temperaturas se convierte activamente en helio [4] [5] .

Las proporciones observadas de 7 Li y 6 Li no concuerdan con la predicción del modelo estándar de nucleosíntesis primordial ( BBN estándar ). Esta discrepancia se conoce como el " problema del litio primordial ". [1] [6]

Separación

El litio-6 tiene una mayor afinidad por el mercurio que el litio-7. El proceso de enriquecimiento COLEX [7] se basa en esto . Un proceso alternativo es la destilación al vacío, que tiene lugar a temperaturas de alrededor de 550 °C.

Por lo general, la separación de los isótopos de litio se requería para los programas nucleares militares ( URSS , EE . UU. , China ). Actualmente, solo Rusia y China tienen capacidades de separación operativas [7] .

Entonces, en los EE. UU. En 1954 (según otras fuentes, en 1955) , se construyó un taller para la separación de isótopos de litio en la planta militar Y-12 . El 6Li enriquecido en el isótopo se envió para la producción de armas termonucleares , y el enriquecido en 7Li, para las necesidades del programa atómico civil de EE . UU. [8] .

Aplicación

Los isótopos 6 Li y 7 Li tienen diferentes propiedades nucleares (sección transversal de absorción de neutrones térmicos, productos de reacción) y su alcance es diferente. El hafniato de litio es parte de un esmalte especial diseñado para la eliminación de desechos nucleares de actividad alta que contienen plutonio .

Litio-6

Se utiliza en la ingeniería de energía termonuclear.

Cuando el nucleido 6 Li se irradia con neutrones térmicos, se obtiene tritio 3 H radiactivo:

Gracias a esto, el litio-6 se puede utilizar como reemplazo del tritio radiactivo, inestable e inconveniente para manejar tanto en fines militares ( armas termonucleares ) como civiles ( fusión termonuclear controlada ). Las armas termonucleares suelen utilizar litio-6 deuteruro 6 LiD.

También promete usar litio-6 para producir helio-3 (a través de tritio) para su uso posterior en reactores termonucleares de deuterio-helio.

Litio-7

Se utiliza en reactores nucleares [9] . Debido a su calor específico muy alto y su baja sección transversal de captura de neutrones térmicos, el litio-7 líquido (a menudo en forma de una aleación con sodio o cesio ) sirve como un refrigerante eficaz . El fluoruro de litio-7 en una aleación con fluoruro de berilio (66 % LiF + 34 % BeF 2 ) se denomina "flybe" (FLiBe) y se utiliza como refrigerante y disolvente muy eficaz para los fluoruros de uranio y torio en sal líquida a alta temperatura. reactores , y para la producción de tritio .

Los compuestos de litio enriquecidos en el isótopo litio-7 se utilizan en los reactores PWR para mantener el régimen químico del agua, así como en el desmineralizador primario. El requerimiento anual de EE. UU. se estima en 200-300 kg , solo Rusia y China tienen producción [7] .

Tabla de isótopos de litio

Símbolo
de nucleido
Z ( pag ) N( n ) Masa isotópica [10]
( a.u.m. )

Vida media
[11]
(T 1/2 )
Canal de descomposición producto de descomposición Spin y paridad
del núcleo [11]
La prevalencia
del isótopo en la naturaleza.
Gama de cambios en la abundancia isotópica en la naturaleza
Energía de excitación
3 Li [n 1] 3 0 3.03078(215)# pags 2 el 3/2−#
4li_ _ 3 una 4.02719(23) 9,1(9)⋅10 -23 s
[5,06(52) MeV]
pags 3Él _ 2−
5 Li _ 3 2 5.012540(50) 3,7(3)⋅10 -22 s
[1,24(10) MeV]
pags 4 el 3/2-
6 Li _ 3 3 6.0151228874(15) estable 1+ [0.019, 0.078] [12]
6m li 3562,88(10) keV 5.6(14)⋅10 -17 s IP 6 Li _ 0+
7li_ _ 3 cuatro 7.016003434(4) estable 3/2- [0.922, 0.981] [12]
8li_ _ 3 5 8.02248624(5) 838.7(3)ms β- _ 8 ser [n 2] 2+
9li_ _ 3 6 9.02679019(20) 178,2(4) ms β − , n (50,5(1,0)%) 8Be [n3 ] 3/2-
β − (49,5(1,0)%) 9 Ser
10 Li _ 3 7 10.035483(14) 2,0(5)⋅10 -21 s
[0,2(1,2) MeV]
norte 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 ocho 11.0437236(7) 8,75(6) ms β − , norte (86,3(9)%) 10 ser 3/2-
β − (6,0(1,0)%) 11 ser
β − , 2n (4.1(4)%) 9 Ser
β − , 3n (1.9(2)%) 8Be [n4 ]
β − , α (1.7(3)%) 7 el
β − , división (0.0130(13)%) 9Li , 2H _
β − , división (0.0093(8)%) 8Li , 3H _
12 Li _ 3 9 12.052610(30) norte 11 li (1−,2−)
13 Li _ 3 diez 13.061170(80) 3,3⋅10 -21 s
[0,2(9,2) MeV]
2n 11 li 3/2−#
  1. El descubrimiento de este isótopo no ha sido confirmado.
  2. Inmediatamente se divide en dos partículas α para la reacción 8 Li → 2 4 He + e −
  3. Inmediatamente se divide en dos partículas α para la reacción 9 Li → 2 4 He + 1 n + e −
  4. Inmediatamente se divide en dos partículas α para la reacción 11 Li → 2 4 He + 3 1 n + e −

Explicaciones a la tabla

Notas

  1. 1 2 3 BD Fields, El problema primordial del litio , Revisiones anuales de ciencia nuclear y de partículas 2011
  2. Postnov K.A. Conferencias sobre astrofísica general para físicos . ; ver figura 11.1
  3. http://www.int.washington.edu/PHYS554/2005/vanderplas.pdf
  4. Conferencia 27: Nucleosíntesis estelar Archivado el 28 de mayo de 2015 en Wayback Machine // Universidad de Toledo - "La destrucción del litio en estrellas convectivas jóvenes" diapositiva 28
  5. Greg Ruchti, Litio en el cosmos  - "El litio es frágil" diapositiva 10
  6. Karsten JEDAMZIK, Nucleosíntesis del Big Bang y el problema del litio cósmico
  7. 1 2 3 PWR - amenaza de litio , ATOMINFO.RU (23 de octubre de 2013). Consultado el 29 de diciembre de 2013.
  8. Litio militar de EE . UU.
  9. Gestión de isótopos críticos: la administración del litio-7 es necesaria para asegurar un suministro estable, GAO-13-716 // Oficina de Responsabilidad del Gobierno de EE. UU ., 19 de septiembre de 2013; pdf
  10. Datos basados ​​en Huang WJ , Meng Wang , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. La evaluación de masa atómica Ame2020 (I). Evaluación de datos de entrada y procedimientos de ajuste  (inglés)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , edición. 3 . - Folio 030002-1-030002-342 . doi : 10.1088 / 1674-1137/abddb0 .
  11. 1 2 Datos proporcionados después de Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. La evaluación Nubase2020 de propiedades nucleares  // Chinese Physics C  . - 2021. - Vol. 45 , edición. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . -doi : 10.1088 / 1674-1137/abddae .Acceso abierto
  12. 1 2 Peso atómico del litio | Comisión de Abundancias Isotópicas y Pesos Atómicos . www.ciaaw.org . Fecha de acceso: 21 de octubre de 2021.