 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
 
Новый способ очистки жидких радиоактивных отходов Ученые НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива установили, что металлоорганическая каркасная структура на основе дубильной кислоты может эффективно улавливать уранил – наиболее опасный компонент жидких радиоактивных отходов. Дубильная кислота – известный природный адсорбент, она содержится во многих растениях и вплоть до начала XX века использовалась для лечения отравлений. Множество гидроксильных групп делают ее «липкой» – способной адсорбировать разные молекулы за счет водородных связей. По этой же причине она отлично растворяется в воде, из-за чего до сих пор ее не удавалось использовать для очистки жидких отходов, отметил автор исследования, профессор НИЯУ МИФИ Константин Катин. «Недостатки того или иного материала часто являются продолжением его достоинств. Адсорбционные свойства дубильной кислоты очень привлекательны с точки зрения очистки жидких радиоактивных отходов. Однако ее высокая растворимость делала неосуществимыми какие-либо разработки в этом направлении, пока нам не удалось синтезировать металлоорганический каркас на основе дубильной кислоты и железа. Такой каркас нерастворим, но при этом сохраняет отличные адсорбционные свойства», – рассказал он. С помощью квантово-химических вычислений исследователи теоретически предсказали строение и характеристики металлоорганической каркасной структуры на основе дубильной кислоты и железа, а затем проверили их на практике. Они провели серию экспериментов методами инфракрасной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновского анализа и адсорбционных исследований и подтвердили способность металлоорганической каркасной структуры эффективно улавливать уранил – наиболее опасный компонент жидких радиоактивных отходов. Уран – ценный металл и важное сырье для ядерной энергетики, поэтому его извлечение из отходов может иметь не только экологическое, но и экономическое значение. Значительное количество урана попадает в воду в результате работы атомных электростанций, а также по естественным причинам, таким как извержения вулканов. «Синтезированный нами комплекс способен улавливать уранил во всем практически интересном диапазоне условий (температуры и кислотности), характерных для жидких отходов, содержащих уран. Дальнейшее совершенствование технологии может сделать экономически целесообразным добычу урана из морской воды», – заключил Константин Катин.
* В России строят «фабрику фотонов» Одним из самых интересных проектов, который реализуется сегодня в НИЯУ МИФИ является создание новой мощной многофункциональной лазерной установки килоджоульного уровня энергии «ЭЛЬФ» (ЭЛЬФ – Экспериментальная Лазерно-Физическая установка; англ.: ELF - Experimental Laser Facility). Этот лазер нужен и мировой науке, но нужен он и университету, поскольку крупные, желательно уникальные установки сегодня являются необходимой принадлежностью университета, который претендует занять видущее место в мировой науке. Проект поддержан программой «Приоритет 2030». Научная инфраструктура такого масштаба выполняет три функции: во-первых, позволяет получать научные результаты мирового уровня, которые бы воплощались в высокоцитируемых публикациях; во-вторых, обеспечивает возможность обучать студентов работе на мощных, дорогостоящих установках, аналогичных тем, на которых они будут работатьв научных коллективах после выпуска; и в-третьих такая установка должна способствовать включению университета в мировую научную повестку. Идея заключалась в том, чтобы создать не просто мощный лазер, а лазер с «пользовательским интерфейсом», который по своим характеристикам обеспечивает широкий спектр возможностей для исследований ученым из разных лабораторий и институтов. То есть, установка должна поставщиком «универсальной научной услуги». Дело в том, что сегодня мощные лазеры могут использоваться в экспериментах в самых разных научных областях – таких как, термоядерный синтез, физика плазмы, экстремальные состояния вещества и даже лабораторная астрофизика. Последняя область, получившая популярность в последнее время, пожалуй, особенно интересна – она предполагает моделирование с помощью лазеров в лабораторных условиях процессов, подобных тем, что происходят в недрах звезд и при взрывах сверхновых, и таким образом делать вывод о физике вселенной. По словам директора Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Андрея Кузнецова, «ЭЛЬФ» должен работать в режиме «фабрики фотонов», вырабатывая лазерные импульсы по «заказам» работающих на нем ученых, которые могут запросить лазерное излучение с определенными параметрами – нужной энергии, спектра, длительности и временной формы импульса, а также с набором сопутствующих диагностик. В мире лазерные установки килоджоульной мощности как правило создаются странами, которые обладают технологиями для создания еще более мощных установок мегаджоульного уровня энергии. Таких стран в мире сейчас пять: США, Франция, Россия, Китай, Япония. При этом, как показывает опыт иностранных коллег «в паре» с национальными установками мегауровная работают университетские установки . Это относится и к лазеру LULI2000, который работает во Франции в École polytechnique, и к лазеру Omega в Рочестерском университете США. Дело в том, что эксперимент на установке мегаджоульной мощности может сотни тысяч долларов, но его можно существенно удешевить, если некоторые «компоненты» эксперимента - например предполагаемые режимы – отработать «в малых масштабах» на университетских лазерах. Между тем, в Сарове специалистами ВНИИЭФ уже создается лазерная мегаустановка мегаджоульного уровня энергии, «дополнительной» по отношению к которой и будет «ЭЛЬФ». Кстати, тесное взаимодействие лазерных мегаустановок с атомной энергетикой также является мировой традицией. Идея создания «ЭЛЬФа» появилась примерно в 2015 году. В 2018 она получила поддержку Академии наук, в 2020 году было заключено соглашение о создании лазерной установки межу НИЯУ МИФИ, ВНИИЭФ и Институтом общей физики РАН (позже к этому же соглашению подключился ФИАН). В 2021 году проект получил поддержку программы «Приоритет 2030». Основой для «ЭЛЬФа» стала элементная база уже существующей в Сарове килоджоульной лазерной установки «Луч». Однако, речь не идет о создании копии «Луча». За последние два года рабочая группа, состоящая из сотрудников ВНИИЭФ и НИИ МИФИ предложила оригинальную схему усиления лазерного излучения. Если в стандартной схеме «Луча» при одном и том же количестве усилительных элементов можно было генерировать лазерный импульс с энергией порядка одного килоджоуля, то в «ЭЛЬФЕ», как показавают расчеты, при тех же затратах входящей энергии можно увеличить энергию импульса до 6 килоджоулей. Это недостижимый уровень энергии для подобных установок. Именно поэтому «ЭЛЬФ» должен стать уникальным научным инструментом. Планируется, что у «ЭЛЬФа» будет два канала: один будет генерировать импульс с длительностью 5-20 наносекуд, - с пикосекундной длительностью импульсов, и это тоже делает установку уникальной: в мире вообще ощущается дефицит лазеров килоджоульной мощности, а установки, в которых бы можно было бы одновременно использовать два пучка нано- и пикосекудной длительности в мире нет. Уникальные свойства «ЭЛЬФа позволят ему «работать» в рамках исследований, недоступных для других существующих лазерных установок, изучать свойства материалов при высокоскоростном деформировании, распространение в веществе ударных волн, изучать многие свойства горячей плазмы, которые могут пригодиться и астрофизикам и при проектировании термоядерных реакторов. В настоящее время происходит создание инфраструктуры под размещение лазера. Установка разместится на первом этаже научно-лабораторного корпуса НИЯУ МИФИ в помещениях общей площадью 600 квадратных метров, а ее сердцем будет «Лазерный зал» площадью 300 квадратных метров где в условиях «чистой зоны» разместится крупногабаритное лазерно-оптическое оборудование.
* Изобретены новые материалы на основе графена и борофена Ученые НИЯУ МИФИ придумали, как стабилизировать пористые материалы на основе гетероструктур из графена и борофена. По их мнению, новые материалы смогут найти применение в качестве анодов и катодов в батареях, а изготовленные из него мембраны станут основой высокопроизводительных эффективных фильтров. Графен – это двумерный материал, кристалл которого образован монослоем из атомов углерода. Аналог графена борофен – это также двумерный материал, построенный исключительно из атомов бора. Срастаясь друг с другом посредством прочного ковалентного взаимодействия, два листа этих материалов, каждый толщиной в один атом, образуют композит или бислой, сообщил молодой ученый, доктор физико-математических наук, профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Михаил Маслов. «Если в таком бислое создать отверстия-поры, то получившийся материал будет обладать колоссальными перспективами для приложений, связанных с энергетикой или осмосом. Он сможет найти применение в качестве анодов и катодов в батареях, а изготовленные из него мембраны с высокой селективностью и проницаемостью в отношении определенных частиц станут основой высокопроизводительных эффективных фильтров», - рассказал исследователь. Однако, по мнению ученых НИЯУ МИФИ, технологические процессы изготовления пор в бислое могут привести к разрушению или существенной перестройке атомной конфигурации материала, что отрицательно скажется на его характеристиках. Чтобы решить эту проблему, исследователи придумали, как стабилизировать подобные пористые двухслойные структуры без существенного изменения морфологии при помощи пассивации атомарным водородом. «С помощью компьютерного моделирования, без привлечения дорогостоящих экспериментов мы продемонстрировали, что в отсутствие водорода наблюдается структурный фазовый переход от пористого графена к графенилену – двумерной сетке атомов углерода, построенной из четырех-, шести- и двенадцатичленных углеродных колец. В то же время пассивация сохраняет структуру и желаемые свойства изначального бислоя», - пояснил Юрий Маслов. Авторы рассчитывают на практическое внедрение этого пористого материала уже в течение ближайших 5-6 лет, так как композит борофен-графен уже синтезирован, а создать в нем поры можно с применением современных нанотехнологий.
* Константин Фрумкин Начальник отдела по работе со СМИ Национального исследовательского ядерного университета МИФИ Тел. +79163323577 Email KGFrumkin@mephi.ru |
       
|
