Kris Drayver, Oak Ridge Milli Laboratoriyası tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kredit: Pixabay/CC0 İctimai Sahə

Energetika Departamentinin Ouk Ric Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları unikal, radioaktiv, metal element olan və kəşfiyyat kosmik gəmilərini yanacaqla təmin edən plutonium-238 və ya Pu-238-in istehsalının əsas sələfi olan neptuniumun elmi anlayışına yeni həyat verirlər.

ORNL komandasının tədqiqatı, Pu-238-in radioizotop termoelektrik generatorlarında və ya RTG-lərdə istifadəsinə milli marağın artdığı bir dövrdə baş verir. Tez-tez NASA-nın Perseverance Rover kimi kosmik missiyalarda uzunmüddətli enerji üçün istifadə edilən RTG-lər radioaktiv parçalanmadan yaranan istiliyi elektrik enerjisinə çevirir. RTG biliklərinin və tətbiq imkanlarının inkişaf etdirilməsi, ORNL-in tanındığı materialşünaslığın iki əsas aspekti olan həm kimyəvi reaksiyaların, həm də struktur xarakteristikasının eyni yüksək səviyyəli qiymətləndirilməsini tələb edir.

   Hubble yeni tip obyektlərin ilk nümunəsi olan Cloud-9-u araşdırır

Video Player is loading.Play Video

“İnsanlar kosmosda elmi təcrübələr aparmaq istədikdə, cihazlarını işlətmək üçün bir şeyə ehtiyac duyurlar və plutonium adətən enerji mənbəyidir, çünki günəş və litium-ion batareyaları kimi şeylər dərin kosmosa davam gətirmir”, – ORNL-in Yanacaq Dövrü Kimyəvi Texnologiyaları Qrupunun radiokimyaçısı və yeni tədqiqatın aparıcı müəllifi Ketrin Louson bildirib.

“Plutonium həll yoludur, ona görə də kosmik gəmi ilə bağlı daha çox elmi araşdırma aparıldıqda, bu tip batareyalara sahib olmalısınız”, – deyə Louson bildirib. “Tələbat həmişə təklifimizi üstələyir. Buna görə də, Pu-238 istehsalını dəstəkləmək üçün neptunium kimyasını yaxşı başa düşməliyik.”

Neptuniumun vacib kimyəvi və struktur aspektlərini işıqlandıran komandanın tapıntıları, termal parçalanma yolu ilə və ya neptunium nümunələrini istiliklə parçalamaqla kəşf edildi və bu, alimlərə kritik aralıq fazaları müəyyən etməyə və əlavə neptunium anlayışlarını kəşf etmək üçün daha dəqiq istilik emallarına rəhbərlik etməyə kömək etdi.

Tədqiqat “Inorganic Chemistry Frontiers” jurnalında dərc olunub .

ORNL-də bu və digər müasir xarakteristika üsulları neptuniumun kimyası haqqında faydalı məlumatlar təqdim edir və laboratoriyanın Pu-238 istehsal prosesini inkişaf etdirməyə kömək edir. ORNL-də kosmik tədqiqatlarda istifadə üçün vacib bir radioizotop istehsal olunur.

Neptunium Pu-238-in vacib bir sələfidir, yəni nəticədə Pu-238-in əmələ gəlməsi ilə nəticələnən nüvə reaksiyasında iştirak edir. Neptuniumun mürəkkəb sirlərini açmaq və onun kimyasını daha yaxşı başa düşmək daha səmərəli və effektiv Pu-238 istehsalına imkan verəcək. Neptuniumla necə başa düşdüyümüzü və necə işlədiyimizi təkmilləşdirməklə, ORNL bu vacib material üçün təhlükəsiz, daxili təchizat zəncirinin təmin edilməsinə kömək edir , eyni zamanda dərin kosmik tədqiqatlara təkan verir və ABŞ-ın enerji müstəqilliyini inkişaf etdirir.

1980-ci illərin əvvəllərində ORNL uran analizi üçün orijinal termal parçalanma prosesini hazırladı. Bu gün Lawson və onun laboratoriyadakı həmkarları neptunium nümunələrini 150-dən 600 dərəcə Selsiyə qədər (302-dən 1112 dərəcə Farenheytə qədər) davamlı olaraq artan istiliklə parçalamaq üçün bu metodu tətbiq edir və nəticədə yaranan kimyəvi reaksiyaları təhlil etmək üçün çoxsaylı ölçmə üsullarından istifadə edirlər.

Tədqiqatçılar hər bir təsnifat və ölçmə texnikasının nəticələrini — molekulyar titrəmələri araşdırmaq üçün nümunələri lazerlə bombalayan Raman spektroskopiyasını və komandanın miqyaslı təcrübələri ilə müqayisədə riyazi müqayisə nöqtəsi təklif edən hesablama modelləşdirməsini — inteqrasiya etməklə yeni mexaniki və material kimyası məlumatlarını kəşf etdilər. Əsas neptunium oksidinin ilk ətraflı Raman barmaq izi də daxil olmaqla, bu tapıntılar neptunium haqqında ümumi bir anlayışı inkişaf etdirməyə kömək edir və eyni zamanda laboratoriyanın Pu-238 istehsalı üçün spesifik prosesini təkmilləşdirir.

“Mən və qrupum parçalanma mexanizmini anlamağa kömək etmək üçün buna struktur baxımından baxırdıq. Əsasən, etdiyimiz şey nümunəyə lazer vurmaq və materialın strukturunda müxtəlif titrəmələri stimullaşdırmaq üçün Raman spektroskopiyasından istifadə etməkdir”, – bu yaxınlarda dərc olunmuş tədqiqatın töhfə verən tədqiqatçısı, ORNL-in Materiallar və Kimya Qrupundan nüvə təhlükəsizliyi üzrə alim Tayler Spano bildirib.

Spano dedi: “Ortaya çıxan bir sıra zirvələr, bir spektrdir. Bu, bizə mövcud material quruluşu haqqında bir şey deyir, amma biz Ketrin [Loson]-un material üçün istifadə etdiyi istilik yolunu izlədik. Biz bu ölçmələri materialı qızdırarkən etdik ki, temperaturu artırdıqca kimyəvi bağ mühitlərinin necə dəyişdiyini görə bilək.”

Tədqiqat, ORNL-də Milli Təhlükəsizlik Elmləri, Füzyon və Parçalanma Enerjisi və Elmi, İzotop Elmləri və Zənginləşdirmə daxil olmaqla üç tədqiqat direktorluğunu əhatə edən karyerasının erkən mərhələlərində çalışan işçilərin tanış bir qrupunu yenidən bir araya gətirdi. İndi ORNL-dəki həmkarları və əməkdaşları Spano və Lawson on ildən çox əvvəl Notre Dame Universitetində, Spano Lawson-un aspirantura müəllim köməkçisi işlədiyi zaman tanış olmuş və eyni universitetin tədqiqat laboratoriyasında yan-yana çalışmışlar. 2020-ci ildə Lawson ORNL-də Spano-ya qoşulduqda onlar yenidən bir araya gəldilər.

Spano dedi: “Mən bundan bir neçə il əvvəl başlamışdım və Ketrin başlayanda çox həyəcanlı idim. İcmamız kiçikdir və bu sahədə işləyə biləcəyiniz təcrübəyə malik insanların sayı çox məhduddur. Elm və vacib suallar haqqında sözün əsl mənasında düşünən başqa birinin burada olacağını bilmək həyəcanvericidir.”

Lawson, Spano və onların ORNL-dəki həmkarları və neptunium tədqiqatları üzrə əməkdaşları uran, neptunium və plutonium kimi radioaktiv, metal elementlərin və ya aktinidlərin anlaşılması tarixinə töhfə verirlər. Eyni zamanda, onlar Pu-238 elminin inkişafı üçün neptuniumun imkanlarına olan marağın yenidən artmasını təmin edirlər.

“Artıq növbəti layihəmiz üzərində işləyirik. Bu, yenə də çox fundamental elmə yönəlib və biz bəzi digər neptunium birləşmələrinin parçalanmasını araşdırırıq”, – deyə Louson bildirib. “Əsasən, biz bu imkanlara sahib olduğumuzu anladıq və buna görə də Pu-238 istehsalı üçün potensial maraq kəsb edəcək bir sıra digər zəif başa düşülmüş neptunium birləşmələrinə baxırıq.”

Lawson, Spano və onların erkən karyera tədqiqatçıları birlikdə neptunium kimyasının öyrənilməsini yenidən canlandırmağa və təbii aləmin ortaq bir şəkildə anlaşılmasına töhfə verməyə kömək edirlər, baxmayaraq ki, təbii olaraq mövcud olan neptunium olduqca nadirdir.

“Dostlarınızla araşdırma aparmaq çox əyləncəlidir. Hər şey ailədədir”, Spano dedi. “Bu cür tədqiqat aparan çox az insan var. Hamımız bir-birimizi tanıyırıq və birlikdə işləmək, resurslarımızı və imkanlarımızı birləşdirmək çox faydalıdır.”

ORNL kimi bir yerdə, bu unikal insan və bacarıqlar toplusu enerji tədqiqatları və elmi kəşflər sahəsində mühüm yeniliklər yarada bilər.

“Bu iş əyləncəlidir, çünki RTG-ləri dəstəkləyir və bu tərəf insanları kosmos haqqında danışanda həqiqətən valeh edir”, – deyə Louson bildirib. “Ailəmə deyəcəyim budur: Mən kosmos üçün batareyalar istehsal edirəm. Xülasə budur. Günəş sistemimizi araşdırmağa davam edə bilməyimiz üçün kosmos üçün ən yaxşı və ən çox batareya istehsal edirəm.”

Daha çox məlumat: Kathryn M. Lawson və digərləri , Neptunil ammonium nitratın termik parçalanması: Np2O5 aralıq fazasının mexaniki anlayışları və struktur xarakteristikası _, Qeyri – üzvi Kimya Sərhədləri (2025). DOI: 10.1039/d5qi01015bOak Ridge Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilir