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新型网格材料助力加快实现核聚变

2019年11月7日7:57 环球解密

    英国利物浦大学(University of Liverpool)的科学家发明了一种可以有效地分离氢的几种同位素的材料,为人类使用核聚变能源的前景添砖加瓦。


    新型网格材料示意图。


    氢的三种同位素氕(普通氢)、氘(重氢)和氚(超重氢)的分离技术,是核聚变能源技术中的关键环节。可是目前的分离技术需要耗费很多能量而且低效。纳米孔材料有望通过“动力量子筛”(KQS)技术分离这几种同位素,但是效能不够好,也难以扩大规模。

    近期一份发表在《科学》(Science)上的研究,发明了一种混合多孔有机材料,可以有效地分离氕、氘同位素。

    氘,也叫重氢,在商业和研究领域都能用到,包括核能、NMR光谱学和药理学等。这些应用需要高纯度氘,由于自然界中天然含量少,这使得高纯度氘成本很高。

    这份研究使用的多孔有机网格材料,近年来越来越多地被采用,最早在2009年由利物浦大学的库珀(Andrew Cooper)提出,之前在二甲苯异构体、稀有气体和手性分子的分离技术中也用到过。

    现在将其用于氕和氘混合气体的分离难度更大,因为在常态下,两种同位素大小、形状都差不多。这份研究造出的材料通过大小孔结合的固态网格结构,能够很好地筛选这两种同位素。

    库珀说:“氢同位素的分离是当今最困难的分子分离技术之一,需要精确控制过滤孔的大小实现高质量筛选。我们采用的方法就能非常准确地调整孔的大小。”

    主要研究员刘明(Ming Liu,音译)说:“尽管合成的方式包括好几个有机合成步骤,每一步的产出接近100%,不需要中间的纯化过程,因此扩大规模的潜力佳。”

    不过,这种技术需要的温度比较低,只有30K,研究组正在优化材料,希望造出新材料在温度高一些的环境下进行氢同位素的分离。

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