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新型網格材料助力加快實現核聚變

新型網格材料示意圖。(University of Liverpool)

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【大紀元2019年11月07日訊】(大紀元記者張妮編譯)英國利物浦大學(University of Liverpool)的科學家發明了一種可以有效地分離氫的幾種同位素的材料,為人類使用核聚變能源的前景添磚加瓦。

氫的三種同位素氕(普通氫)、氘(重氫)和氚(超重氫)的分離技術,是核聚變能源技術中的關鍵環節。可是目前的分離技術需要耗費很多能量而且低效。納米孔材料有望通過「動力量子篩」(KQS)技術分離這幾種同位素,但是效能不夠好,也難以擴大規模。

近期一份發表在《科學》(Science)上的研究,發明了一種混合多孔有機材料,可以有效地分離氕、氘同位素。

氘,也叫重氫,在商業和研究領域都能用到,包括核能、NMR光譜學和藥理學等。這些應用需要高純度氘,由於自然界中天然含量少,這使得高純度氘成本很高。

這份研究使用的多孔有機網格材料,近年來越來越多地被採用,最早在2009年由利物浦大學的庫珀(Andrew Cooper)提出,之前在二甲苯異構體、稀有氣體和手性分子的分離技術中也用到過。

現在將其用於氕和氘混合氣體的分離難度更大,因為在常態下,兩種同位素大小、形狀都差不多。這份研究造出的材料通過大小孔結合的固態網格結構,能夠很好地篩選這兩種同位素。

庫珀說:「氫同位素的分離是當今最困難的分子分離技術之一,需要精確控制過濾孔的大小實現高質量篩選。我們採用的方法就能非常準確地調整孔的大小。」

主要研究員劉明(Ming Liu,音譯)說:「儘管合成的方式包括好幾個有機合成步驟,每一步的產出接近100%,不需要中間的純化過程,因此擴大規模的潛力佳。」

不過,這種技術需要的溫度比較低,只有30K,研究組正在優化材料,希望造出新材料在溫度高一些的環境下進行氫同位素的分離。◇

責任編輯:朱涵儒

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2019-11-07 4:58 PM
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