Sanjukta Mondal tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Proton kvant tunelləşməsinin (QT) və kinetik izotop effektinin illüstrasiyası və xarakteristikaları. (A) Kovalent HO–H və (H)DO–D rabitələrinin kanonik variasiya keçid vəziyyətinin (CVT) və QT-nin dominant mexanizmləri vasitəsilə dissosiasiyasının sxemi. Kredit: Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2026). DOI: 10.1073/pnas.2533803123

Hunan Universitetinin alimləri tərəfindən aparılan bir araşdırma , onilliklər boyu istehsal prosesini çətin və bahalı edən mövcud metodların üzləşdiyi əsas fiziki məhdudiyyəti aradan qaldırmaqla, ağır su istehsal etmək üçün proton kvant tunelindən istifadə edən yeni bir hidrogen izotop ayırma metodunu təqdim edir.

Milli Elmlər Akademiyasının Proceedings jurnalında dərc olunmuş nəticələrə görə , bu yeni strategiya , hidrogen nüvələrinin kvant tunelindən keçməsinə imkan verən və deuteriumu geridə qoyan baryerlər dizayn etməklə otaq temperaturunda rekord səviyyədə 276 H₂O ayrılma faktoruna nail olur _.

Kvant mexanikasından istifadə etməklə, metod gələcək enerji texnologiyaları üçün vacib bir materialın daha təmiz və daha səmərəli istehsalına yol aça bilər.

Hidrogenlərin ayrılması

Hidrogenin daha ağır izotopu olan deuterium (D), yeni nəsil nüvə sintez reaktorları üçün ən çox istifadə edilən yanacaq namizədlərindən biridir. Oksid formasında olan ağır su (D2O ₎ nüvə parçalanma reaktorlarında neytron moderatoru və bioloji və metabolik tədqiqatlarda toksik olmayan izləyici kimi geniş istifadə olunur.

Adi su (H₂O ₎ təbii olaraq az miqdarda deuterium ehtiva edir. Alimlər suyun tərkibində adi hidrogendən daha çox deuterium olana qədər konsentrasiyanı artırmaq üçün zənginləşdirmə adlanan bir prosesdən istifadə edirlər.

Zənginləşdirmənin ən çox yayılmış yollarından biri elektrik enerjisi ilə işləyən suyun parçalanmasıdır ki, bu da elektrokimyəvi hidrogen izotoplarının ayrılması (eHIS) istifadə etməklə həyata keçirilə bilər.

Alimlər eHIS-i mövcud distillə əsaslı zənginləşdirmə proseslərinə miqyaslana bilən, aşağı karbonlu alternativ kimi inkişaf etdirdilər. Bu, rabitənin qırılması üçün aktivləşmə enerji maneələrini azaltmaqla güclü HO-H rabitəsinin parçalanmasını təşviq etmək prinsipi üzərində işləyir. Bu proses H₂O/D₂O-da həm O-H, həm də O-D rabitələri üçün _enerji maneələrini _azaltdı .

Nəticədə, bağın iki versiyasını qırmaq üçün tələb olunan enerji fərqi xeyli azalıb və bu da növləri kimyəvi cəhətdən fərqləndirilməz hala gətirib və effektiv ayrılmanı ciddi şəkildə məhdudlaşdırıb.

Alimlər bir protonun (H ^{+ ) həm} dalğa, həm də hissəcik kimi çıxış etmək qabiliyyətindən istifadə edərək onun D-dən ayrılmasını artıra biləcəklərini anladılar. Protonun bu dalğayabənzər təbiəti sudakı hidrogenin kvant tunelinə (QT) keçməsinə imkan verir ki, bu da kifayət qədər klassik enerji olmadan belə enerji baryerindən keçə bilir və deuterium protiumdan daha ağır olduğundan tunel keçməsi daha asandır.H/D ayırma sistemi və ayırma səmərəliliyi. Mənbə: Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2026). DOI: 10.1073/pnas.2533803123

Kvant effektlərindən istifadə

Bu tədqiqatda tədqiqatçılar zənginləşdiriləcək mayenin qələvi formasına izopropanol (IPA) kimi skrininq əlavələri daxil etdilər. Əlavələr su molekulları arasındakı hidrogen rabitələrinin daha qısa və daha sıx olduğu molekulyar yenidənqurmalara başladı. Proses rutenium (Ru) katalitik sahələri olan xüsusi hazırlanmış elektrod səthi ilə dəstəkləndi.

Yeni kompakt molekulyar birləşmələrlə bu transformasiya, daha yüngül hidrogen növlərinin kvant tunelindən keçməsinə imkan verən, lakin daha böyük deuteriumun qarşısını alan nazik bir enerji baryeri olan bir maneə yolu yaratdı.

Bu tunel effektini tetiklemekle, proses 10.000-dən çox kinetik izotop effektinə (KIE) çatdı və bu da adi hidrogenin reaksiyaya girməsinə və mayedə zənginləşdirilmiş ağır su kimi qalan deuteriumdan minlərlə dəfə daha sürətli qaz halında çıxmasına imkan verdi.

Tədqiqatçılar texnikalarının effektivliyini sınaqdan keçirmək üçün beş mərhələli reaktor sistemi qurdular ki, bu sistemdə su hər mərhələdən keçdikcə daha yüngül hidrogen mexaniki olaraq kvant teleportasiyasına uğrayaraq sistemdən qaz halında çıxarıldı. Bütün addımlar tamamlandıqdan sonra reaktor 80% ağır su konsentrasiyasına malik maye istehsal etdi.

Real həyatda istifadə üçün optimallaşdırıldıqdan sonra, bu kvant tunelinin dəstəklənməsi ilə həyata keçirilən metod ağır su istehsalını daha mümkün etməklə yanaşı, həm də tibbi, sənaye və elmi sahələrdə vacib olan izotopların ayrılmasının səmərəliliyini artıra bilər.

Müəllifimiz Sanjukta Mondal tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Guobin Wen və digərləri, Elektrokimyəvi hidrogen izotopunun ayrılması üçün kompakt H-rabitə motivləri ilə kinetik izotop effektindən istifadə, Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2026). DOI: 10.1073/pnas.2533803123

Jurnal məlumatları: Milli Elmlər Akademiyasının materialları 

© 2026 Science X Network