Термоядерный синтез, имитирующий процессы внутри звезд, обещает человечеству доступ к энергии без вредных выбросов и радиоактивных отходов. Самый изученный вариант реакции — слияние изотопов водорода, дейтерия и трития. Но тритий в природе почти не встречается. Его получают искусственно, облучая литий нейтронами.
Существует два стабильных изотопа лития: литий-7 (92-95% от общего числа его атомов в недрах Земли) и литий-6 (2-8% от общего числа его атомов в недрах Земли). Последний в десятки раз эффективнее производит тритий. Однако разделить изотопы крайне сложно. С 1960-х для этого использовали токсичную ртуть, что привело к запрету технологии в Европе и США. Сегодня запасы лития-6 ограничены — их накопили до остановки ртутных производств. Это ставит под угрозу развитие термоядерной энергетики: один реактор потребует тонны изотопа ежедневно.
Международная команда химиков под руководством Сарбаджит Банерджи (Sarbajit Banerjee) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха случайно обнаружила альтернативу токсичному процессу. Об этом они рассказали в статье, опубликованной в журнале Chem.
Статья по теме: Современный “Финансист”: миллиардеры осваивают новую энергетическую сферу для инвестиций, которая обещает баснословную прибыль
Ученые работали над мембранами для очистки воды от нефтяных загрязнений. Материалом послужил цемент с добавлением синтетического соединения — дзета-оксида ванадия. Во время экспериментов выяснилось, что мембрана не только задерживает загрязнители, но и активно поглощает литий, причем преимущественно его редкий изотоп — литий-6. Анализ показал, что ионы лития-6 прочнее связываются со структурой материала.
Ключ к успеху — строение оксида ванадия. Его кристаллическая решетка образует узкие «тоннели», окруженные атомами кислорода. Диаметр этих каналов идеально совпадает с размером ионов лития-6. Более крупные ионы лития-7 хуже проникают в структуру, что позволяет разделять изотопы.
Статья по теме: Частной компании впервые удалось нагреть плазму до температуры большей, чем температура ядра Солнца
Пока технология далека от промышленного применения: ученые смогли выделить менее грамма лития-6. Однако Банерджи уверен, что метод можно масштабировать до промышленных объемов. Следующий шаг — создание установки, способной производить десятки килограммов изотопа.
«Главное — мы доказали, что наша методика позволяет выделять литий-6 без применения токсичных веществ», — пояснил Банерджи.
Открытие международной команды химиков решает лишь часть проблем термоядерной энергетики. Нерешенными остаются вопросы удержания плазмы, управления реакцией и создания эффективных лазерных систем. Однако стабильные поставки лития-6 критически важны для будущих реакторов. Если метод удастся внедрить, это ускорит переход к эре чистой энергии, свободной от ископаемого топлива и ядерных отходов.