Ученые Томского государственного университета предложили новую технологию разделения изотопов. Она позволит эффективнее выделять частицы урана, важные в атомной энергетике, а в перспективе, возможно, поможет нарабатывать и топливо для термоядерных реакторов — гелий-3.
Новый метод основан на прохождении потока изотопов в газовой форме через многослойную мембрану в присутствии внешнего ускоряющего электрического поля. Мембрана состоит из графена с крошечными порами. Внешнее электрическое поле «проталкивает» через них заряженные атомы.
Процесс идет при минус 269 градусах — почти при абсолютном нуле. При такой температуре атомы ведут себя, как электромагнитные волны: подобно свету или звуку. Поры в мембране пропускают только волны определенной длины. Легкие частицы (с длинной волной) проходят сквозь «сито», а тяжелые (с короткой) — застревают.
Мембраны уже используют для разделения изотопов: легкие проходят ее чуть быстрее, чем тяжелые. Однако разница получается мизерной, из-за чего процесс приходится повторять тысячи раз. Мембрана, разрабатываемая томскими специалистами, представляет собой систему из двух барьеров, которые будут функционировать с учетом механизма резонанса.
Разрабатываемый способ существенно отличается от имеющихся: он опирается на другие принципы разделения. Сейчас мы изучаем механизмы резонансного прохождения изотопов через двухбарьерные системы нанопористых мембран, чтобы получить ответ на вопрос о принципиальной возможности применения мембранных технологий для разделения изотопов урана, гелия и других веществ.
Михаил Бубенчиков
Руководитель проекта, профессор механико-математического факультета Томского государственного университета
В отличие от обычных методов разделения новая не потребует много энергии и сложного оборудования. Так, газовые центрифуги вращают смесь изотопов на огромной скорости, и более тяжелые (уран-238) прижимаются к стенкам, как белье в стиральной машине, а легкие (уран-235) остаются в середине — такой метод требует тысяч центрифуг и много времени.
Ученые ожидают, что при помощи новой технологии можно будет выделять востребованные в атомной энергетике уран-238 и уран-235. Возможно, технология поможет выделять и редкий гелий-3, который считается идеальным топливом для перспективных термоядерных реакторов. По подсчетам ученых, он сможет дать в тысячу раз больше энергии, чем водород, и после отработки не оставит после себя радиоактивные отходы, как уран.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».