Изото́пы лития — разновидности атомов (и ядер ) химического элемента лития , имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 9 изотопов лития и ещё 2 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов , ^10m1 Li − ^10m2 Li.

В природе встречаются два стабильных изотопа лития: ⁶ Li (7,5 %) и ⁷ Li (92,5 %).

Наиболее устойчивый искусственный изотоп, ⁸ Li, имеет период полураспада 0,8403 с.

Экзотический изотоп ³ Li ( ), по-видимому, не существует как связанная система.

Происхождение

⁷ Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть в период от 1 секунды до 3 минут после Большого Взрыва ) в количестве не более 10 ⁻⁹ от всех элементов. Некоторое количество изотопа ⁶ Li, как минимум в десять тысяч раз меньшее, чем ⁷ Li, также образовано в первичном нуклеосинтезе .

Примерно в десять раз больше ⁷ Li образовались в звёздном нуклеосинтезе. Литий является промежуточным продуктом реакции ppII , но при высоких температурах активно преобразуется в гелий .

Наблюдаемые соотношения ⁷ Li и ⁶ Li не сходятся с предсказанием стандартной модели первичного нуклеосинтеза ( standard BBN ). Данное расхождение известно как « primordial lithium problem ».

Разделение

Литий-6 имеет большее сродство с ртутью, чем литий-7. На этом основан процесс обогащения COLEX . Альтернативный процесс — вакуумная дистилляция, происходящая при температурах около 550 °C.

Обычно разделение изотопов лития требовалось для военных ядерных программ ( СССР , США , Китая ). В настоящее время функционирующими мощностями по разделению обладают лишь Россия и Китай .

Так, в США в 1954 году (по другим данным, в 1955 году) на военном заводе Y-12 был построен цех для разделения изотопов лития. Обогащённый по изотопу 6Li направлялся для производства термоядерного оружия , а обогащённый по 7Li — на нужды гражданской атомной программы США .

Применение

Изотопы ⁶ Li и ⁷ Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний .

Литий-6

Применяется в термоядерной энергетике.

При облучении нуклида ⁶ Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий ³ H:

${\displaystyle {}_{3}^{6}{\textrm {Li}}+{}_{0}^{1}{\textrm {n}}\rightarrow {}_{1}^{3}{\textrm {H}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}}$

Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных ( термоядерное оружие ), так и в мирных ( управляемый термоядерный синтез ) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6 ⁶ LiD.

Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.

Литий-7

Применяется в ядерных реакторах . Благодаря очень высокой удельной теплоёмкости и низкому сечению захвата тепловых нейтронов (45 миллибарн ) жидкий литий-7 (часто в виде сплава с натрием или цезием ) служит эффективным теплоносителем . Фторид лития-7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF + 34 % BeF ₂ ) носит название « флайб » (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах , и для производства трития .

Соединения лития, обогащённые по изотопу лития-7, применяются на реакторах PWR для поддержания водно-химического режима, а также в деминерализаторе первого контура. Ежегодная потребность США оценивается в 200—300 кг , производством обладают лишь Россия и Китай .

Таблица изотопов лития

Символ нуклида	Z ( p )	N( n )	Масса изотопа ( а. е. м. )	Период полураспада (T 1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
3 Li	3	0	3,03078(215)#		p	2 He	3/2−#
4 Li	3	1	4,02719(23)	9,1(9)⋅10 -23 с [5,06(52) МэВ]	p	3 He	2−
5 Li	3	2	5,012540(50)	3,7(3)⋅10 -22 с [1,24(10) МэВ]	p	4 He	3/2−
6 Li	3	3	6,0151228874(15)	стабилен			1+	[0,019, 0,078]
6m Li	3562,88(10) кэВ			5,6(14)⋅10 -17 с	ИП	6 Li	0+
7 Li	3	4	7,016003434(4)	стабилен			3/2−	[0,922, 0,981]
8 Li	3	5	8,02248624(5)	838,7(3) мс	β −	8 Be	2+
9 Li	3	6	9,02679019(20)	178,2(4) мс	β − , n (50,5(1,0)%)	8 Be	3/2−
					β − (49,5(1,0)%)	9 Be
10 Li	3	7	10,035483(14)	2,0(5)⋅10 -21 с [0,2(1,2) МэВ]	n	9 Li	(1−, 2−)
10m1 Li	200(40) кэВ			3,7(1,5)⋅10 -21 с	ИП		1+
10m2 Li	480(40) кэВ			1,35⋅10 -21 с [0,350(70) МэВ]	ИП		2+
11 Li	3	8	11,0437236(7)	8,75(6) мс	β − , n (86,3(9)%)	10 Be	3/2−
					β − (6,0(1,0)%)	11 Be
					β − , 2n (4,1(4)%)	9 Be
					β − , 3n (1,9(2)%)	8 Be
					β − , α (1,7(3)%)	7 He
					β − , деление (0,0130(13)%)	9 Li, 2 H
					β − , деление (0,0093(8)%)	8 Li, 3 H
12 Li	3	9	12,052610(30)		n	11 Li	(1−,2−)
13 Li	3	10	13,061170(80)	3,3⋅10 -21 с [0,2(9,2) МэВ]	2n	11 Li	3/2−#

Пояснения к таблице

• Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.

• Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

• Символами, выделенными жирным шрифтом , обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом , обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

• Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N ). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

• Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК , для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Примечания