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托木斯克国立大学提出新型同位素分离技术

2025-06-12 08:52     来源:中国核技术网     托木斯克国立大学 同位素分离技术 放射性同位素

塔斯社6月11日消息,托木斯克国立大学的科学家们提出了一种新的同位素分离技术。该校新闻处向塔斯社透露,该技术基于在低温和外部加速场作用下,使同位素混合物以气体形式流经多层(多屏障)膜,能够从气相物质中分离出最需要的粒子,例如铀同位素。

项目负责人、托木斯克国立大学力学与数学学院教授米哈伊尔·布边奇科夫(音译,原文为Bubenchikov)表示,当前整个文明世界都在努力寻找替代能源。这类能源一方面不会枯竭,另一方面比化石燃料能源更环保。为解决这一问题,他们提出了低温电扩散分离各种物质同位素的技术。

与外国科学家的实验不同,托木斯克国立大学将膜筛分与电熔和低温分离相结合,显著提高了提取所需同位素的效率。因为若不进行分离,许多不必要的元素会穿过膜。由于将原子冷却至波态,波的特性优于经典粒子的特性,同位素不再以物质形式表现,而是以光的形式表现,从而可通过多层膜进行选择性筛选。

布边奇科夫解释称,这可通过低温实现,例如低至约4开尔文(零下269摄氏度),即液氦冷却的温度。此外,用于粒子穿过的屏障,如石墨烯板,必须具有亚纳米级孔径。为稳定分离,必须排除层间吸附,同位素不应被卡住,因此它们必须带电荷并由外场加速。当温度升高时,粒子会恢复先前特性。

预计借助这项新技术,能够选择性地分离工业上最需要的同位素,主要是铀 - 238和铀 - 235同位素,它们是核能的基础。此外,新技术还有助于识别氦 - 3同位素,而氦 - 3是热核反应堆的必要原料。

氦 - 3在地球上以游离态存在但数量极少,不过它可在铀和钍等重元素的放射性衰变过程中形成。新技术能够在天然气深度分离过程中提取所需数量的氦 - 3,用于建造热核反应堆。

布边奇科夫进一步解释,氦 - 3在热核反应中比氢强1000倍,氢在太阳核心的热核聚变中转化为氦,从而提供太阳能。热核反应堆是全球能源的未来,迄今地球上只有少数几座这样的反应堆,其独特之处在于热核聚变过程中原子核会合并并释放出巨大能量。

值得一提的是,北方核电站和西伯利亚化学联合体位于托木斯克州,因此用于实施该技术的基础设施已部分存在。目前,托木斯克国立大学材料与材料学院(MMF)的科学家正在俄罗斯科学基金会的支持下,实施“在加速外场作用下同位素在亚纳米多孔二维分子结构层状复合物中低温隧道迁移的数学和计算机建模”项目。



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