Ученые нашли новый способ разделения протия, дейтерия и трития
Наука и космос007 авг 23:20
Германские исследователи впервые смогли отделить смесь трёх изотопов водорода — протия, дейтерия и трития — с использованием твердого пористого материала. Для этого был применен синтетический цеолит с ионами серебра. Эта технология может стать значимой для будущих термоядерных электростанций, которым необходимо будет возвращать несгоревшее топливо обратно в реактор.
Исследование было проведено учеными Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Лейпцигского университета и Института исследований твердого тела Общества Макса Планка.
Термоядерные реакторы будущего, вероятно, будут функционировать на смеси дейтерия и трития. Однако топливо в реакторе не используется полностью: после реакции остается смесь из трех изотопов, причем обычный водород — протий — может дополнительно образовываться при взаимодействии топлива с материалами конструкции реактора.
Разделение этих изотопов с помощью стандартных химических методов крайне трудно. По своим химическим свойствам они почти идентичны и различаются в основном массой ядра: у протия нет нейтронов, у дейтерия один, а у трития два.
Исследователи использовали другое различие — квантовые характеристики, связанные с массой изотопов. В качестве своеобразного фильтра был применен синтетический цеолит с микроскопическими каналами и полостями, в структуру которого добавили ионы серебра.
Проникая внутрь материала, молекулы водорода взаимодействуют с электронными полями серебра. Более тяжелые дейтерий и тритий связываются с серебряными центрами значительно сильнее, чем легкий протий. Если затем постепенно нагревать цеолит, изотопы высвобождаются последовательно: сначала протий, затем дейтерий, а тритий удерживается дольше и требует более высокой температуры для выхода.
Эффект оказался весьма заметным. В исходной смеси доля всех трех изотопов была равной — 1:1:1. После одного этапа разделения соотношение изменилось примерно до 1:41:175 для протия, дейтерия и трития соответственно. Ученые считают это первым успешным разделением трехкомпонентной смеси изотопов водорода с использованием твердого пористого материала.
Результат особенно важен для трития. Этот изотоп радиоактивен, встречается в природе в крайне малых количествах и станет одним из самых ценных компонентов топлива термоядерных реакторов. Чем эффективнее его удастся отделять от других газов и возвращать в реактор, тем меньше будет потерь топлива, и тем проще окажется создание замкнутого топливного цикла.
Исследователи также проверили, насколько материал способен выдерживать контакт с тритием. После нескольких часов воздействия цеолит сохранил свою структуру и способность разделять изотопы.
До промышленного применения данной технологии пока еще далеко. Лабораторный эксперимент продолжительностью несколько часов не показывает, сможет ли материал сохранять свои свойства на протяжении многих лет в условиях работающей термоядерной электростанции. Следующим этапом станет изучение механизма разделения, поиск более эффективных материалов и проверка их долговечности.
DexterИсточники:Interesting EngeneeringHZDRНаука и космос0Наука07 авг 23:20
Источник