Планы добычи гелия-3 на Луне
Всего в мире было построено около 300 токамаков. Ниже перечислены наиболее крупные из них.
Атомная масса гелия-3 равна 3,016, в то время как у гелия-4 она равна 4,0026, ввиду чего их физические свойства весьма отличаются:
- Гелий-3: 3 протона, 0 нейтронов
- Гелий-4: 2 протона, 2 нейтрона
Данная статья имеет статус готовой. Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!
История открытия гелия-3
Существование гелия-3 было предположено австралийским ученым Марком Олифантом во время работы в Кембриджском университете в 1934 году. Окончательно открыли этот изотоп Луис Альварес и Роберт Корног в 1939 году.
Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER)
Следующим шагом в исследованиях должен стать Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER), срок окончания постройки запланирован на 2025 год. На этом реакторе планируется провести исследование поведения высокотемпературной плазмы и конструктивных материалов для промышленного реактора.
Практическое применение лития
Практическое применение лития связано с использованием высокотехнологичных областей науки и техники. Включает в себя производство:
- Ядерная реакция лития-6 с дейтерием 6Li(d,α)α
Управляемый термоядерный синтез
Управляемый термоядерный синтез возможен при одновременном выполнении двух условий:
- Плотность высокотемпературной плазмы
- Время удержания плазмы в системе
От значения этих двух критериев в основном зависит скорость протекания той или иной термоядерной реакции.
Характеристики лития
Литий — металл серебристо-белого цвета, который быстро покрывается темно-серым налетом, состоящим из нитрида лития Li3N и оксида лития Li2O. Металл кристаллизуется в кубической объемно-центрированной решетке при обычной температуре, а при температуре ниже −193 °C решетка становится гексагональной плотноупакованной. Температура плавления составляет 180,54 °C, а температура кипения 1342 °C. Литий является самым легким металлом с плотностью 0,534 г/см3 при 25 °C.
При температуре 298 К температурный коэффициент линейного расширения составляет 5,6·10-5 К-1, теплопроводность — 85 Вт/(м·К), а удельное электрическое сопротивление — 9,4·10-8 Ом·м.
Заключение
Строительство международного экспериментального термоядерного реактора (ITER) находится в начальной стадии. Гелий-3 является стабильным изотопом гелия и используется для исследований в области термоядерного синтеза.
Управляемый термоядерный синтез
Управля́емый термоя́дерный си́нтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер.
Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применятся дейтерий (2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе — гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
Типы управляемого термоядерного синтеза
Проводятся эксперименты по управляемому термоядерному синтезу двух типов: магнитный управляемый термоядерный синтез и инерциальный управляемый термоядерный синтез.
Гелий-3 в фантастических произведениях
В некоторых фантастических произведениях (играх, фильмах) гелий-3 иногда выступает в качестве основного топлива и как ценный ресурс, добываемый в том числе на Луне.
Фазовая диаграмма состояния гелия-3
Линия внутри области твёрдой фазы разделяет спинупорядоченные и спинразупорядоченные структуры.
Существование сверхтекучих жидкостей
При температуре ниже 2,6 мК и отсутствии магнитного поля существуют две сверхтекучие жидкости А и В.
История жидкого гелия-3
Жидкий гелий-3 был первоначально получен только в 1948 году. В 1972 году обнаружен фазовый переход в сверхтекучее состояние при температурах ниже 2,6 мК.
Литий
Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.
Кристаллическая структура лития
При комнатной температуре литий имеет кубическую объёмноцентрированную решётку. Ниже 78 К кристаллическая форма становится гексагональной плотноупакованной структурой.
Особые свойства лития
Малые размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380 °C.
Заключение
Магнитный управляемый термоядерный синтез и инерциальный управляемый термоядерный синтез, а также исследования с гелием-3 и литием, расширяют наше понимание процессов управляемого термоядерного синтеза и открывают новые перспективы в области ядерной энергетики.
Свойства и реакции лития
Основные характеристики
- Группа, период, блок: 1 (устар. 1), 2, s-элемент
- Радиус атома: 145 пм
- Ковалентный радиус: 134 пм
- Радиус иона: 76 (+1e) пм
- Электроотрицательность: 0,98 (шкала Полинга)
- Степени окисления: 0, +1
- Энергия ионизации (первый электрон): 519,9 (5,39) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства
- Плотность (при н. у.): 0,534 г/см³
- Температура плавления: 453,69 K (180,54 °C, 356,97 °F)
- Температура кипения: 1613 K (1339,85 °C, 2443,73 °F)
- Теплота плавления: 2,89 кДж/моль
- Теплота испарения: 148 кДж/моль
- Молярная теплоёмкость: 24,86 Дж/(K·моль)
- Молярный объём: 13,1 см³/моль
Структура кристаллической решётки
- Тип решётки: кубическая объёмноцентрированная
- Параметры решётки: 3,490 Å
- Температура Дебая: 400 K
- Теплопроводность (300 K): 84,8 Вт/(м·К)
Взаимодействие нуклонов в атомном ядре
Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, которые удерживаются сильным взаимодействием. Энергия связи нуклонов зависит от общего количества нуклонов в ядре. У лёгких ядер энергия связи растёт с увеличением числа нуклонов, а у тяжёлых падает. При слиянии двух ядер необходимо преодолеть кулоновское отталкивание протонов, что достигается различными методами.
Химические реакции
- Воздух: Литий практически не реагирует с сухим воздухом при комнатной температуре.
- Вода: Реагирует с водой, образуя гидроксид лития (LiOH) и водород (H₂).
- Кислород: При нагревании литий горит, превращаясь в оксид лития (Li₂O).
- Этиловый спирт: Взаимодействует, образуя этилат лития, который при контакте с водой разлагается до LiOH и этилового спирта.
Литий является наименее активным из щелочных металлов и стабилен на воздухе. Его обычно хранят в петролейном эфире или герметичных жестяных коробках. Взаимодействуя с различными веществами, литий может образовывать различные соединения, проявляя свою химическую активность.
Важные реакции лития
Литий обладает уникальными химическими свойствами и вступает в реакцию с различными веществами. Некоторые из важных реакций лития включают:
Реакция с водородом
При нагревании до 500—700 °C литий вступает в реакцию с водородом, образуя гидрид лития.
Реакция с аммиаком
При нагревании сначала образуется амид лития (220 °C), а затем имид лития (400 °C).
Реакция с галогенами
Литий реагирует с галогенами, образуя соответствующие галогениды.
Реакция с серой
При 130 °C литий реагирует с серой, образуя сульфид лития.
Реакция с углеродом
При температуре выше 200 °C литий реагирует с углеродом, образуя ацетиленид лития.
Реакция с кремнием
При 600—700 °C происходит реакция лития с кремнием, образуя силицид лития.
Применение в газовых счётчиках
Литий используется в газовых счётчиках, наполненных гелием-3, для детектирования нейтронов. Этот метод является наиболее распространённым в измерении нейтронного потока.
В таких счётчиках газовый счётчик фиксирует реакцию, где продуктами являются тритон и протон.
Охлаждение для квантовых компьютеров
Литий также играет важную роль в охлаждении для квантовых компьютеров. Он имеет очень низкую температуру плавления и испарения, что делает его идеальным для достижения сверхнизких температур, необходимых для работы квантовых устройств.
Эта статья — о химическом элементе литии, его свойствах и применениях. Литий является важным металлом с уникальными химическими характеристиками. Литий играет важную роль в различных областях, от химической промышленности до квантовых технологий.
Существуют, в теории, альтернативные виды топлива, которые лишены указанных недостатков. Но их использованию препятствует фундаментальное физическое ограничение. Чтобы получить достаточное количество энергии из реакции синтеза, необходимо удерживать достаточно плотную плазму при температуре синтеза (108 K) на протяжении определённого времени. Этот фундаментальный аспект синтеза описывается произведением плотности плазмы на время содержания нагретой плазмы , что требуется для достижения точки равновесия. Произведение зависит от типа горючего и является функцией температуры плазмы. Из всех видов горючего дейтерий-тритиевая смесь требует самого низкого значения , по меньшей мере на порядок, и самую низкую температуру реакции, по меньшей мере в 5 раз.
Старший научный сотрудник кафедры физики плазмы Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, кандидат физико-математических наук Степан Крат заявил, что это важный компонент, при помощи которого в будущих термоядерных реакторах будет организован так называемый замкнутый цикл трития
МОСКВА, 30 июня. /ТАСС/. Литий критически важен для термоядерной энергетики будущего. Такое мнение ТАСС высказал в четверг старший научный сотрудник кафедры физики плазмы Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, кандидат физико-математических наук Степан Крат, комментируя подписанное Росатомом соглашение о сооружении промышленного комплекса по добыче и производству карбоната лития в Боливии.
"Литий необходим не только при производстве накопителей энергии – аккумуляторов и батарей. Если говорить о термоядерном управляемом синтезе, то и тут литий критически важен. Литий – важный компонент, при помощи которого в будущих термоядерных реакторах будет организован так называемый замкнутый цикл трития. Рабочим топливом в этих реакторах будет смесь тяжелых изотопов водорода – дейтерия и трития. В свою очередь тритий – изотоп радиоактивный с периодом полураспада в 12,3 года. В природе его практически нет, он очень дорогой. Для его наработки и может понадобиться литий, шестой и седьмой изотопы которого при захвате нейтрона превращаются в тритий и гелий. Таким образом, если в токамаках будущего в качестве теплоносителя использовать литий, который в ходе термоядерной реакции будет облучаться нейтронами, мы сможем получать на выходе тритий, который можно будет снова использовать как топливо. Это позволит сделать экономику термоядерной энергетики выгодной, а вот без лития она будет под большим вопросом", – сказал ученый.
В четверг Росатом в лице своего уранодобывающего холдинга Uranium One Group подписал соглашение с государственной литиевой компанией Боливии Yacimientos de Litio de Bolivia рамочное соглашение о сооружении промышленного комплекса по добыче и производству карбоната лития в департаменте Потоси в Боливии.
Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать); он может непродолжительное время храниться на воздухе.
Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом и другими газами, находящимися в воздухе, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксид LiOH и карбонат Li2CO3.
Поэтому длительно литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках.
В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O.
В 1818 году немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным признаком для определения лития. Температура самовоспламенения находится в районе 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.
Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H2.
Реагирует также с абсолютным этиловым спиртом (с образованием этилата):
При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида:
В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид):
При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида:
Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор.
В водном растворе ион лития имеет самый низкий стандартный электродный потенциал (−3,045 В) из-за малого размера и высокой степени гидратации иона лития.
Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.
1. В ответе перечисляем через знак «+» только продукты реакции с коэффициентами. Левую часть реакции писать не нужно. Например:
10 уксусная кислота + 4 K2SO4 + 8 MnSO4 + 12 вода
2. Ответ должен учитывать только те реагенты, которые указаны в задаче, нельзя «брать» дополнительные реагенты. Например, если уравнение в задаче «CH3CHO + KMnO4», требуется дописать уравнение окисления именно в нейтральной среде, а не в кислой. Если без дополнительного реагента реакция не идет, пишем в ответ «не идет».
Исключение: если в задаче один из реагентов дан в растворе (индекс «p-р»), в уравнении реакции может дополнительно участвовать вода.
3. Ответ должен учитывать условия реакции и формы реагента, если они есть. Если при данных условиях реакция не идет, в ответ пишем «не идет».
4. Если у реагентов нет коэффициентов, вы должны сами выбрать, в каком молярном соотношении могут вступить друг с другом эти реагенты в данных условиях, и в соответствии с этим уравнять реакцию. Например, в задаче «C6H5OH + Cl2» допустимо как моно-хлорпроизводное, так и конечный продукт. Если один из реагентов имеет коэффициент, его необходимо учесть, задача «C6H5OH + 1Cl2» означает, что требуется именно моно-хлорпроизводное. Если в уравнении коэффициент одного из реагентов указан, а у другого реагента нет – значит у него подразумевается коэффициент 1.
5. Вещества можно записывать систематическими или тривиальными названиями, а также формулой. Но название должно быть однозначным, например, ответ «хлорид железа» не будет засчитан, т.к. неясно, это FeCl2 или FeCl3. Метилгексан тоже не будет засчитан, т.к. неоднозначен локант, а вот метилбутан – ок.
6. Если реакция дает нестехиометрическую смесь продуктов, в ответе следует писать преобладающий продукт. Если при данных условиях преобладающий продукт неоднозначен (или это выходит за рамки школы) система примет любой допустимый вариант ответа.
7. Коэффициенты и знаки «+» можно отделять пробелами или не отделять, как вам удобнее. Но если название содержит радикал, стоит отделять коэффициент пробелом, чтобы система не спутала коэффициент с локантом и забытым дефисом.
8. Коэффициенты в уравнении должны быть сокращены, но сокращать нужно лишь на общий множитель во всем уравнении. Нельзя сокращать общий множитель коэффициентов в правой части уравнения, если левая при этом окажется дробной. Коэффициент 1 писать не надо.
9. Порядок перечисления продуктов на ваше усмотрение.
10. Во время решения задачи можно пользоваться только химическими таблицами, справочником и графическим редактором. Если во время решения задачи вы сделаете запрос на любое вещество или реакцию, а потом отправите ответ, ваш рейтинг участника не будет повышен.
Реакция синтеза заключается в следующем: два или более относительно лёгких атомных ядра в результате теплового движения сближаются настолько, что короткодействующее сильное взаимодействие, проявляющееся на таких расстояниях, начинает преобладать над силами кулоновского отталкивания между одинаково заряженными ядрами, в результате чего образуются ядра других, более тяжёлых элементов. Система нуклонов потеряет часть своей массы, равную энергии связи, и по известной формуле E=mc² при создании нового ядра освободится значительная энергия сильного взаимодействия.
Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)
Схема реакции дейтерий-тритий
Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона.
Такая реакция даёт значительный выход энергии.
Реакция дейтерий + гелий-3
Существенно сложнее, на пределе возможного, осуществить реакцию дейтерий + гелий-3
Сложность проведения термоядерной реакции можно характеризовать тройным произведением (плотность на температуру на время удержания). По этому параметру реакция D-3He примерно в 100 раз сложнее, чем D-T.
Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо)
Также возможны реакции между ядрами дейтерия, они идут немного труднее реакции с участием гелия-3:
В дополнение к основной реакции в ДД-плазме также происходят:
Эти реакции медленно протекают параллельно с реакцией дейтерий + гелий-3, а образовавшиеся в ходе них тритий и гелий-3 с большой вероятностью немедленно реагируют с дейтерием.
Другие типы реакций
Возможны и некоторые другие типы реакций. Выбор топлива зависит от множества факторов — его доступности и дешевизны, энергетического выхода, лёгкости достижения требующихся для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и т. д.
Наиболее перспективны так называемые «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора. Реакция дейтерий + гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода (но при реакции дейтерий-дейтерий образуется тритий, который может провзаимодействовать с дейтерием, в результате «безнейтронного» термоядерного синтеза до настоящего времени нет).
Реакции на лёгком водороде
Протон-протонные реакции синтеза, идущие в звёздах, не рассматриваются как перспективное термоядерное горючее. Протон-протонные реакции идут через слабое взаимодействие с излучением нейтрино, и по этой причине требуют астрономических размеров реактора для сколь-либо заметного энерговыделения.
Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Плазма удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать её температуру, а специально создаваемым магнитным полем. Особенностью токамака является использование электрического тока, протекающего через плазму для создания тороидального поля, необходимого для равновесия плазмы.
Существуют две принципиальные схемы осуществления управляемого термоядерного синтеза, разработки которых продолжаются в настоящее время (2017):
Первый вид термоядерных реакторов намного лучше разработан и изучен, чем второй.
В ядерной физике, при исследованиях термоядерного синтеза, для удержания плазмы в некотором объёме используется магнитная ловушка — устройство, удерживающее плазму от контакта с элементами термоядерного реактора. Магнитная ловушка используется, в первую очередь, как теплоизолятор. Принцип удержания плазмы основан на взаимодействии заряженных частиц с магнитным полем, а именно – на спиральном вращении заряженных частиц вдоль силовых линий магнитного поля. Однако, намагниченная плазма очень нестабильна. В результате столкновений заряженные частицы стремятся покинуть магнитное поле.
Термоядерный реактор намного безопаснее ядерного реактора в радиационном отношении. Прежде всего, количество находящихся в нём радиоактивных веществ сравнительно невелико. Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии, тоже мала и не может привести к разрушению реактора. При этом в конструкции реактора есть несколько естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ. Например, вакуумная камера и оболочка криостата должны быть герметичными, иначе реактор просто не сможет работать. Тем не менее, при проектировании ITER большое внимание уделялось радиационной безопасности как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий.
Есть несколько источников возможного радиоактивного загрязнения:
Для того чтобы предотвратить распространение трития и пыли, если они выйдут за пределы вакуумной камеры и криостата, необходима специальная система вентиляции, которая должна поддерживать в здании реактора пониженное давление. Поэтому из здания не будет утечек воздуха, кроме как через фильтры вентиляции.
При строительстве реактора, например ITER, где только возможно, будут применяться материалы, уже испытанные в ядерной энергетике. Благодаря этому наведённая радиоактивность будет сравнительно небольшой. В частности, даже в случае отказа систем охлаждения естественной конвекции будет достаточно для охлаждения вакуумной камеры и других элементов конструкции.
Исходным сырьём для лития служат два источника: минеральное сырьё (например, сподумен), а также солевые растворы из соляных озёр, богатые солями лития. В обоих случаях результатом работы является карбонат лития Li2CO3 (LCE). Большая часть добывается из естественных водных линз в толще соляных озёр, в насыщенных соляных растворах которых концентрируется хлорид лития. Раствор выкачивается и выпаривается на солнце, полученная смесь солей перерабатывается. Содержание лития в растворе колеблется от 0,01 % до 1 %. Также значительная доля добычи приходится на минеральное сырьё (например, минерал сподумен).
Солевые растворы предварительно выпаривают. В солевых растворах содержится хлорид лития LiCl. Однако вместе с ним содержатся большие количества других хлоридов. Для увеличения концентрации лития из выпаренного раствора осаждают карбонат лития Li2CO3, например по схеме
При электролизе используется хлорид лития. Его получают из карбоната по схеме:
Поскольку температура плавления хлорида лития близка к температуре кипения лития, применяют эвтектическую смесь с хлоридом калия или бария, что понижает температуру расплава и позволяет избавиться от необходимости улавливать пары металла. Электролиз расплава ведут при 400—460 °C. Железные кожуха электролизных ванн футеруются материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту. Анодом служат графитовые, а катодом — железные стержни. Расход электроэнергии до 14 кВт∙ч на 1 кг лития. На другом электроде получают газообразный хлор.
Поскольку литий — активный металл, его восстановление из оксидов или галогенидов возможно только при немедленном удалении лития из зоны реакции. В противном случае невозможно сместить баланс реакции в нужную сторону. Литий удаляют из зоны реакции путём поддержания температур, при которых литий испаряется и покидает зону реакции в виде паров. Другие реагенты при этом должны оставаться в расплаве. Для восстановления используются кремний или алюминий, например:
Полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции, последовательно выпаривая разные металлы из сплава при определённых температурах.
Страна Разведанные запасы Извлечённые резервы
Боливия 21 млн тонн
Аргентина 19 млн тонн 2,7 млн тонн
Чили 11 млн тонн 9,3 млн тонн
Австралия 7,9 млн тонн 6,2 млн тонн
США 9,1 млн тонн 1 млн тонн
Иран 8,5 млн тонн
Китай 6,8 млн тонн 2 млн тонн
Германия 3,2 млн тонн
ДР Конго 3 млн тонн
Канада 2,9 млн тонн 0,93 млн тонн
Мексика 1,7 млн тонн
Бразилия 0,47 млн тонн 0,25 млн тонн
Чехия 1,3 млн тонн
Сербия 1,2 млн тонн
Россия 1 млн тонн
Перу 0,88 млн тонн
Зимбабве 0,69 млн тонн 0,31 млн тонн
Мали 0,84 млн тонн
Португалия 0,27 млн тонн 0,06 млн тонн
Испания 0,32 млн тонн
Украина 0,30 млн тонн
Намибия 0,23 млн тонн
Гана 0,18 млн тонн
Австрия 0,06 млн тонн
Финляндия 0,068 млн тонн
Казахстан 0,05 млн тонн
Прочие 3,3 млн тонн
Добыча и производство
В основном литий используется в виде двух соединений — карбоната (Li2CО3) и гидроксида (LiOH), для удобства в экономической статистике используется карбонатный эквивалент.
В 2018 году спотовые цены достигли исторического максимума — $20 тыс/т после чего начали снижаться (по отрасли сильно ударил кризис, вызванный пандемией).
Реакция синтеза в качестве промышленного источника электроэнергии
Энергия синтеза рассматривается многими исследователями в качестве «естественного» источника энергии в долгосрочной перспективе. Сторонники коммерческого использования термоядерных реакторов для производства электроэнергии приводят следующие аргументы в их пользу:
Доступность коммерческой энергии ядерного синтеза
Несмотря на распространённый оптимизм (с начала первых исследований 1950-х годов), существенные препятствия между сегодняшним пониманием процессов ядерного синтеза, технологическими возможностями и практическим использованием ядерного синтеза до сих пор не преодолены. Неясным является даже то, насколько может быть рентабельным производство электроэнергии с использованием термоядерного синтеза. Хотя наблюдается постоянный прогресс в исследованиях, исследователи то и дело сталкиваются с новыми проблемами. Например, проблемой является разработка материала, способного выдержать нейтронную бомбардировку, которая, как оценивается, должна быть в 100 раз интенсивнее, чем в традиционных ядерных реакторах. Тяжесть проблемы усугубляется тем, что сечение взаимодействия нейтронов с ядрами с ростом энергии перестаёт зависеть от числа протонов и нейтронов и стремится к сечению атомного ядра — и для нейтронов энергии 14 МэВ просто не существует изотопа с достаточно малым сечением взаимодействия. Это обусловливает необходимость очень частой замены конструкций D-T- и D-D-реактора и снижает его рентабельность настолько, что стоимость конструкций реакторов из современных материалов для этих двух типов оказывается больше стоимости произведённой на них энергии.
Побочные реакции D-D (3 %) при синтезе D-He осложняют изготовление рентабельных конструкций для реактора, хотя они возможны на современном технологическом уровне.
Различают следующие фазы исследований:
Макет реактора ITER. Масштаб 1:50
Следующим шагом в исследованиях должен стать Международный термоядерный экспериментальный реактор (англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER). На этом реакторе планируется провести исследование поведения высокотемпературной плазмы (пылающая плазма с ~ 30) и конструктивных материалов для промышленного реактора.
Нахождение в природе
Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.
Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносолёных озёр и древних озёр, ставших солончаками.
Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6Li (7,5 %) и 7Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие природного или искусственного фракционирования изотопов. Это следует иметь в виду при точных химических опытах с использованием лития или его соединений. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов (4Li — 12Li) и два ядерных изомера (10m1Li и 10m2Li). Наиболее устойчивый из них, 8Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3Li (трипротон), по-видимому, не существует как связанная система.
История открытия элемента
Основная статья: Литий в живых организмах
Литий в умеренных количествах необходим организму человека (порядка 100—200 мкг/день для взрослых). Преимущественно в организме литий находится в щитовидной железе, лимфоузлах, сердце, печени, лёгких, кишечнике, плазме крови, надпочечниках.
Литий принимает участие в важных процессах:
Препараты лития широко используются в терапии психических расстройств.
Выводится из организма литий преимущественно почками.
История и происхождение названия
Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (др.-греч. — камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.