Новая разработка уральских ученых поможет повысить эффективность разделения химических продуктов на атомных электростанциях (АЭС). Разработанный учеными протонный проводник может использоваться в качестве разделительной мембраны для изотопов водорода. Это позволит извлекать дейтерий и тритий из газовой смеси и затем использовать их по назначению — либо отправить в повторный цикл, либо утилизировать. Подробную информацию о новом проводнике и его преимуществах ученые опубликовали в журнале Ceramicsinternational.
«Наш материал может найти применение в качестве функционального материала в области ядерной энергетики. Дело в том, что при функционировании ядерного реактора выделяется радиоактивный изотоп водорода — тритий, который необходимо правильным образом утилизировать. Наш материал может выступить в качестве мембраны, которая способна электрохимически откачивать тритий из подаваемой газовой смеси. Это позволит утилизировать тритий или использовать его в качестве топлива для термоядерных реакторов — в зависимости от того, какая стоит задача», — поясняет младший научный сотрудник научной лаборатории водородной энергетики УрФУ Георгий Старостин.
Разделительная мембрана — это материал, который используется для разделения отдельных компонентов, а в случае протонпроводящих мембран — для отделения изотопов водорода. По словам ученых, применение мембраны из созданного материала позволит оптимизировать процесс отделения, а также получить чистые изотопы, которые могут быть использованы в термоядерных реакциях.
«Обычно все протонпроводящие материалы обладают лучшей проводимостью легких изотопов водорода. Однако мы обнаружили, что полученное нами вещество, наоборот, эффективнее переносит тяжелый водород — дейтерий. Таким образом, наш материал может оказаться перспективным для создания разделительных мембран в ядерном реакторе, которая способна электрохимически откачивать радиоактивный тритий из подаваемой газовой смеси», — объясняет Георгий Старостин.
Протонпроводящий материал на основе станната бария был получен классическим твердофазным синтезом, с добавлением лютеция в качестве примеси — это повысило проводимость исходного вещества в пять раз.
«Твердофазный синтез — это процесс создания материалов путем смешивания и нагревания твердых веществ до высоких температур — обычно это температуры порядка 1500 °С. Мы думаем, что полученный нами материал также имеет перспективы для использования в качестве компонента высокотемпературного электрохимического сенсора, чувствительного к водородсодержащим соединениям, включая дейтерий и тритий», — рассказывает Георгий Старостин.
Исследование проводилось учеными УрФУ совместно с коллегами из Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН.
Справка
По данным World nuclear association, в 2022 году на действующих АЭС выработано 2545 тераватт энергии, или около 10 % от общего объема выработанной энергии в мире.
Statista утверждает, что наибольшее число АЭС (93) сконцентрировано в США. На втором месте Франция — число действующих АЭС в этой стране 56, что является самым большим показателем в Европе. Третье место в глобальном рейтинге по числу действующих АЭС принадлежит Китаю (55) — активно развивающаяся промышленность и большая численность населения делают ядерную энергетику очень востребованной. На территории России расположено 37 действующих АЭС, и, таким образом, она занимает четвертое место.
Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».