Pasak Mančesterio universiteto (Jungtinė Karalystė) tyrėjų, grafenas, efektyviai filtruodamas skirtingus vandenilio izotopus, gali gerokai supaprastinti sunkiojo vandens gamybą ir padėti susitvarkyti su radioaktyviosiomis atliekomis.
Straipsnyje, pasirodžiusiame prestižiniame žurnale „Science“, fizikos Nobelio premijos laureato Andrejaus Geimo (Andre Geim) vadovaujama mokslininkų komanda parodė, jog membranos, pagamintos iš grafeno, gali būti naudojamos kaip filtrai, atskiriantys protonus (vandenilio branduolius) nuo sunkesnių vandenilio izotopo deuterio branduolių.
Toks atradimas reiškia, kad sunkiojo vandens gamybos branduolinėms jėgainėms procesas galėtų būti paprastesnis, pigesnis ir reikalautų dešimtkart mažesnių energijos sąnaudų.
Vienas iš vandenilio izotopų – deuteris – yra plačiai naudojamas kaip izotopinis indikatorius įvairiose techninėse srityse, be to, jo, kaip sunkiojo vandens sudedamosios dalies, tūkstančių tonų reikia daugybei branduolinių jėgainių.
Sunkiausias vandenilio izotopas – tritis – yra radioaktyvus ir susidaro kaip šalutinis produktas vykstant branduolių dalijimosi reakcijoms branduolinėse jėgainėse, todėl jį reikia saugiai pašalinti. Ateities technologijos greičiausiai bus paremtos termobranduolinės sintezės reakcijomis, kurios taip pat neapsieis be sunkiųjų vandenilio izotopų.
Dabartinės sunkiojo vandens gamybos technologijos reikalauja nepaprastai didelių energijos kiekių, todėl būtini tiek nauji moksliniai, tiek nauji pramoniniai sprendimai. Grafenas gali tapti tikru išsigelbėjimu.
Mančesterio universiteto tyrėjai pabandė išsiaiškinti, ar deutonai – deuterio branduoliai – gali prasiskverbti pro grafeną ir panašios kristalinės sandaros boro nitridą. Mokslininkai tikėjosi, jog deutonams nekils jokių sunkumų, mat teoriniai skaičiavimai neparodė nieko netikėto.
Tačiau tyrėjai buvo kaip reikiant nustebinti, kuomet paaiškėjo, jog vieno atomo storio membranos labai efektyviai filtravo deutonus.
Šis atradimas į grafeno ir boro nitrido monosluoksniukus leidžia žiūrėti kaip į labai perspektyvias membranas, galinčias praturtinti deuterio ir tričio mišinius.
Įdomu ir tai, kad aptiktasis procesas efektyvus esant įvairiems masteliams. Panaudoję cheminio garų nusodinimo technologiją, mokslininkai sukonstravo centimetro dydžio grafeno įrenginius, kurie veiksmingai vandenilį atskyrė nuo vandenilio ir deuterio mišinio.
„Tai iš tikrųjų pirmoji membrana, kuri atskiria subatomines daleles kambario temperatūroje, – teigia pirmasis straipsnio autorius, podoktorantūros stažuotojas Marselas Lozada-Hidalgas (Marcelo Lozada-Hidalgo). – Dabar, kai sėkmingai parodėme, jog tai įvairiems masteliams tinkanti technologija, tikimės, kad ji labai greitai bus pritaikyta realiai“.
„Mus pribloškė tai, jog paprasta membrana gali būti pritaikyta subatominių dalelių atskyrimui, – pabaigia pasakojimą profesorė Irina Grigorjeva (Irina Grigorieva). – Tai labai nesudėtinga sistema. Mes tikimės, kad šie efektyvūs filtrai be kitų taikymų bus panaudoti ir valant radioaktyviąsias atliekas nuo tričio.“