Литий-6 без ртути: новая эра термоядерной энергетики

В мире науки произошло важное событие, которое может коренным образом изменить энергетическое будущее планеты. Речь идет о прорыве в области термоядерного синтеза, а именно – о новой технологии извлечения лития-6, ключевого компонента для термоядерного топлива. Международная группа ученых из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Техасского университета A&M разработала метод, позволяющий отказаться от использования токсичной ртути в процессе получения этого изотопа.

Термоядерный синтез, повторяющий процессы, происходящие на Солнце, давно рассматривается как перспективный источник практически безграничной и экологически чистой энергии. Однако на пути к его практическому применению стоит ряд сложных задач. Одной из них является обеспечение стабильных поставок лития-6, необходимого для протекания термоядерной реакции.

Ранее для выделения лития-6 применялся метод COLEX, основанный на использовании жидкой ртути. Это вещество крайне опасно для окружающей среды и здоровья человека, поэтому его применение запрещено во многих странах, включая США (с 1963 года). В результате американские исследователи были вынуждены полагаться на истощающиеся запасы лития-6, полученные еще в середине прошлого века в Национальной лаборатории Ок-Ридж.

Новый метод, разработанный учеными, основан на использовании ζ-оксида ванадия (ζ-V2O5). Это соединение обладает уникальной способностью избирательно связывать ионы лития-6. Материал имеет туннельную структуру, которая «захватывает» литий-6 более эффективно, чем литий-7.

В ходе эксперимента исследователи создали электрохимическую ячейку с катодом из ζ-V2O5. Через ячейку пропускался раствор, содержащий литий. Под действием электрического напряжения ионы лития перемещались к отрицательно заряженному катоду. При этом литий-6 захватывался материалом катода, а литий-7 оставался в растворе. Любопытно, что процесс сопровождался изменением цвета материала с ярко-желтого на темно-оливковый, что служило визуальным индикатором поглощения лития.

Один цикл электрохимического процесса позволяет увеличить концентрацию лития-6 на 5,7%. Для достижения чистоты, необходимой для термоядерного топлива (не менее 30% лития-6), требуется около 25 циклов. Для получения высокообогащенного лития-6 (90%) необходимо примерно 45 циклов. По эффективности новый метод не уступает традиционному COLEX, но при этом исключает использование опасной ртути.

Несмотря на то, что исследования находятся на ранней стадии, ученые уверены в возможности масштабирования технологии для промышленного производства. В настоящее время ведется работа по оптимизации процесса, чтобы обеспечить непрерывное и экономически выгодное производство лития-6. Важно отметить, что новая технология, помимо решения проблемы с извлечением лития-6, может быть использована и для разделения других изотопов, например, при переработке радиоактивных материалов.

С развитием исследований в области термоядерного синтеза потребность в литии-6 будет только расти. Создание экологически безопасного, масштабируемого и экономичного способа его получения – это значительный шаг на пути к коммерциализации термоядерной энергетики и переходу к устойчивому и безуглеродному будущему.