Aydaho Milli Laboratoriyası tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

INL-də aparılan kvant fizikası tədqiqatları tədqiqatçılara aktinid elementlərinin necə davrandığını daha dərindən anlamağa kömək edir. Mənbə: Aydaho Milli Laboratoriyası

Plutonium dövri cədvəldəki ən mürəkkəb elementlərdən biridir. İlk dəfə 1940-cı ildə Kaliforniya Universitetinin alimləri tərəfindən sintez edilmiş və təcrid olunmuş plutonium, səksən ildən çoxdur ki, yaxından öyrənilir. Ən çox nüvə təhlükəsizliyindəki rolu ilə əlaqələndirilir, lakin eyni zamanda nüvə enerjisi üçün də vacibdir, çünki reaktorlarda istehsal olunur və yanacaq kimi təkrar emal edilə bilər. Plutoniumun əhəmiyyətinə baxmayaraq, onun ən fundamental davranışlarından bəziləri sirr olaraq qalır.

Aydaho Milli Laboratoriyasının (INL) alimləri mühüm bir kəşf ediblər: Plutonium heksaborid (PuB₆) adlanan birləşmə topoloji Kondo izolyasiya vəziyyəti kimi tanınan unikal kvant xüsusiyyətinə malikdir. ” Fiziki İcmal Tədqiqatı” jurnalında dərc olunan bu tapıntı, plutonium materialında bu cür davranışın müşahidə edildiyi nadir hallardan biridir və təbiətin ən mürəkkəb elementlərindən bəzilərinin necə işlədiyini araşdırmaq üçün yeni bir pəncərə açır.

Kəşfi anlamaq

Topoloji Kondo izolyasiya vəziyyəti mürəkkəb səslənir, lakin əsas ideya təəccüblü dərəcədə intuitivdir.

Yer üzündəki materialların əksəriyyəti iki qrupa bölünür: Onlar ya elektrik enerjisi keçirir (məsələn, mis naqillər), ya da elektrik enerjisinin asanlıqla keçməsinə imkan vermir (məsələn, rezin izolyasiya). Topoloji izolyatorlar bu qəlibi maraqlı bir şəkildə pozur. Onlar elektrik cərəyanının daxili səthlərindəki axını bloklayaraq, xarici səthləri boyunca sərbəst axmasına imkan verən xüsusi xüsusiyyətlərə malikdirlər. Topoloji izolyatorların səth keçiriciliyi qeyri-adi dərəcədə güclüdür; çirklər və ya fiziki qüsurlar tərəfindən asanlıqla pozula bilməz.

“Kondo” hissəsi, materialın içərisindəki elektronların bir-biri ilə o qədər güclü qarşılıqlı təsir göstərdiyi spesifik kvant effektinə aiddir ki, onlar tamamilə yeni kollektiv davranışlar yaradırlar – fərdi atomlara təcrid olunmuş şəkildə baxmaqla proqnozlaşdırıla bilməyən davranışlar. Plutonium buna bariz nümunədir. Tərkibində 5f elektron var və bu, xüsusilə bu intensiv qarşılıqlı təsirlərə meyllidir və onu məlum olan ən dramatik və mürəkkəb materiallardan birinə çevirir.

Tədqiqata rəhbərlik edən INL alimi Krzysztof Gofryk bildirib ki, “Plutonium 5f elektronlarının qeyri-adi ikili təbiəti ilə müəyyən edilir. Bu, başa düşməyi çətinləşdirir, lakin elmi cəhətdən maraqlıdır. Plutonium heksaboridi bizə aktinid materiallarında güclü korrelyasiyaların və topologiyanın necə birlikdə işlədiyini görmək üçün nadir bir fürsət verir.”

80 il sonra plutonium hələ də sürprizlərə malikdir

Aktinidlər plutonium və uran da daxil olmaqla elementlər ailəsinə aiddir. Onların elektronları maqnetizm, elektrik keçiriciliyi və materialların həddindən artıq radiasiya və temperatur altında necə dayanması kimi vacib xüsusiyyətləri idarə edir. Nüvə materiallarının necə yaşlanacağını, reaktor təhlükəsizliyini necə yaxşılaşdıracağını və gələcək enerji sistemlərini necə dizayn edəcəyini proqnozlaşdırmaq üçün bu xüsusiyyətləri kvant səviyyəsində – atomların və elektronların miqyasında – anlamaq lazımdır.

Aktinidlərin öyrənilməsi olduqca çətindir və bu sahədə irəliləyiş tədricən baş verir. Plutonium birləşmələrinin idarə edilməsi, sintezi və ölçülməsi olduqca çətindir. Dünyada yalnız bir neçə müəssisə bunu təhlükəsiz şəkildə edə bilər və INL onlardan biridir.

INL, ultrasoyuq kvant ölçmələri üçün mikroskopik plutonium nümunələrini hazırlamaq üçün istifadə olunan plazma fokuslu ion şüası texnikalarını əhatə edən ixtisaslaşmış infrastrukturun evidir ki, bu da kvant mexanikasını istiliyin müdaxiləsi olmadan müşahidə etməyin ən dəqiq yoludur. Bu imkanlar bu son kəşfi mümkün etdi.

INL tədqiqatçısı Daniel Murray bildirib ki, “Bu qabaqcıl hazırlama üsulları bizə plutoniumun çox aşağı temperaturda öyrənilməsinə imkan verir. INL transuran materialları üzərində bu cür tədqiqatları səmərəli və təhlükəsiz şəkildə aparmaq üçün təcrübəyə və infrastruktura malik yeganə müəssisədir.”

Aktinid elmində yeni ərazinin xəritələşdirilməsi

INL komandası laboratoriya ölçmələrində plutonium heksaborid üzərində işini dayandırmadı. Kolumbiya Universiteti ilə əməkdaşlıq çərçivəsində komanda plutonium heksaboridinin kvant səviyyəsində nə etdiyini daha yaxşı başa düşmək üçün eksperimental nəticələri qabaqcıl kompüter modelləşdirməsi ilə birləşdirdi.

INL tədqiqatçısı Şuxiang Zhou bildirib ki, “Hesablamalarımız plutonium heksaboridin əsas elektron və struktur xüsusiyyətlərini əks etdirir. Onlar onun topoloji təbiətinə güclü dəstək verir və oxşar aktinid materiallarını öyrənmək üçün səmərəli yol təqdim edir.”

Diqqətlə aparılan təcrübələrin və ciddi nəzəriyyənin birləşməsi bu tapıntılara alimlər arasında etibarlılıq verir. Bu, həmçinin tarixən tədqiqi çox çətin olan digər aktinid materiallarının öyrənilməsi üçün yol xəritəsi təqdim edir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Bir kəşf, sonsuz imkanlar

Plutonium heksaboridin praktik tətbiqlərinə gəldikdə, tədqiqat nüvə elmi ilə kvant fizikasının kəsişməsində yerləşir. Nüvə baxımından bu tədqiqat, ölkənin enerji gələcəyinin təhlükəsizliyini təmin etmək üçün nüvə materiallarının ömrünü uzatmaqla yanaşı, reaktorların təhlükəsizliyini təmin etmək kimi praktik və yüksək riskli işləri irəli aparacaq. Kvant baxımından, tədqiqatın kvant hesablamaları, qabaqcıl sensorlar və sərhəd texnologiyaları sahəsində potensial tətbiqləri var ki, bu da tədqiqatçıların nüvə sistemlərini və materiallarını modelləşdirmə tərzini kökündən dəyişdirə bilər.

Bu tapıntı ABŞ Energetika Nazirliyinin kvant elmini ABŞ texnoloji liderliyinin sütunu kimi inkişaf etdirmək üçün son səylərini dəstəkləyir . Aktinid materiallarında topoloji kvant vəziyyətlərinin necə yarandığını anlamaq, tədqiqatçıların mürəkkəb nüvə davranışını necə simulyasiya etdiyinə, sənayenin daha uzunömürlü reaktor materiallarını dizayn etməsinə və hələ mövcud olmayan texnologiyaların inkişaf etdirilməsinə kömək edə bilər.

Bundan əlavə, plutonium heksaborid tədqiqatı INL-in plutonium əsaslı kvant materiallarını təhlükəsiz şəkildə dizayn etmək, istehsal etmək və öyrənmək üçün unikal qabiliyyətinə malik milli elmi aktiv kimi rolunu vurğulayır.

Nəşr detalları

K. Gofryk və digərləri, Kondo izolyatorunda elektron korrelyasiyalar və topologiya PuB ₆ , Fiziki İcmal Tədqiqatı (2026). DOI: 10.1103/hwpn-gll9

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Tədqiqatı