Новую технологию разделения изотопов, основанную на прохождении потока смеси изотопов в газовой форме через многослойную (многобарьерную) мембрану при низкой температуре и в присутствии внешнего ускоряющего поля, предложили ученые Томского государственного университета. Это позволит выделять из веществ в газовой фазе наиболее востребованные частицы, например, изотопы урана, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.
"Сейчас весь цивилизованный мир стремится к созданию альтернативных источников энергии. С одной стороны, они выгодны тем, что не истощаются, с другой стороны, использование таких источников гораздо более экологично, чем энергетика ископаемых ресурсов. В качестве решения этой задачи мы предложили технологию криогенного электродиффузионного разделения изотопов различных веществ", - сказал руководитель проекта, профессор механико-математического факультета ТГУ Михаил Бубенчиков.
В отличие от экспериментов зарубежных ученых, в ТГУ будут совмещать мембранное просеивание с электрофузионным и криогенным разделением. Это существенно повышает эффективность извлечения нужных изотопов, так как без разделения через мембрану проходило много лишних элементов. В результате охлаждения атомов до волнового состояния волновые свойства начинают преобладать над свойствами классических частиц, то есть изотопы стали проявлять себя не как вещество, а как свет. Таким образом, изотопы селективно просеиваются через многослойные мембраны.
"Это можно обеспечить за счет низких температур, например, примерно до 4 градусов по Кельвину (минус 269 градусов по Цельсию), это температура охлаждения жидким гелием. Помимо этого, барьер, например, графеновая пластина, через который проходит такая частица, должна иметь субнаноскопическую пору. И еще, чтобы разделение происходило стабильно, нужно исключить сорбцию между слоями, изотопы не должны застревать. Для этого они должны иметь заряд и ускоряться внешним полем", - пояснил Бубенчиков.
При повышении температуры частицам возвращаются прежние свойства. Планируется, что при помощи новой технологии можно будет селективно выделять наиболее востребованные промышленностью изотопы, первую очередь, изотопы уран-238 и уран-235, которые выступают основой атомной энергетики. Кроме этого, это поможет выявлять изотопы гелия-3, который необходим в качестве сырья для термоядерных реакторов.
"Оказалось, что гелий-3 в 1000 раз лучше для термоядерных реакций, нежели водород, который в результате термоядерного синтеза в ядре Солнца преобразуется в гелий, что и обеспечивает энергию Солнца. За термоядерными установками будущее мировой энергетики. На планете таких реакторов пока единицы. Особенность этих установок заключается в том, что при термоядерном синтезе происходит слияние атомных ядер с высвобождением огромного количества энергии", - объясняет Михаил Бубенчиков.
Проект ученых ММФ ТГУ "Математическое и компьютерное моделирование криогенной туннельной миграции изотопов через слоистые композиции субнанопористых 2d-молекулярных структур под действием ускоряющего внешнего поля" реализуется при поддержке Российского научного фонда.