По мнению ученых, эта технология может совершить переворот в энергетике.

Они рассчитывают, что с ее помощью можно будет селективно выделять наиболее востребованные промышленностью изотопы — например, U238 и U235, которые выступают основой атомной энергетики, и редкие изотопы гелия-3.

Как рассказали в пресс-службе Томского государственного университета, предлагаемый учеными подход основан на прохождении потока смеси изотопов в газовой форме через многослойную (многобарьерную) мембрану при низкой температуре и в присутствии внешнего ускоряющего поля. Такое «просеивание» позволит выделять из веществ в газовой фазе наиболее востребованные частицы, в первую очередь, изотопы урана U238 и U235.

По словам руководителя проекта, профессора механико-математического факультета ТГУ Михаила Бубенчикова, технология криогенного электродиффузионного разделения изотопов различных веществ может стать альтернативой энергетике ископаемых ресурсов. Пока таких технологий в мире не существует. Над подобной технологией работают китайские ученые, но они используют лишь мембранное просеивание, без совмещения с электрофузионным и криогенным разделением. В этом варианте эффективность извлечения нужных изотопов серьезно снижается, поскольку вместе с ними через мембрану проходит много лишнего. Схожий подход уже применяется в России. В ТГУ надеятся, что что благодаря их исследованиям страна может получить принципиально новое решение и обеспечить себе значительное преимущество в энергетике.

«Для селективного разделения изотопов необходимо, чтобы у частиц существенно проявились квантовые (то есть волновые) свойства. Это можно обеспечить за счет низких температур, например, примерно до 4К (-269°С), это температура охлаждения жидким гелием. Помимо этого, барьер (например, графеновая пластина), через который проходит такая частица, должна иметь субнаноскопическую пору. И еще, чтобы разделение происходило стабильно, нужно исключить сорбцию между слоями, изотопы не должны застревать. Для этого они должны иметь заряд и ускоряться внешним полем», — рассказывает Михаил Бубенчиков (Цитаты здесь и далее — пресс-служба ТПУ).

Ноу-хау ученых ТГУ в том, что в результате охлаждения атомов до волнового состояния волновые свойства станут преобладать над свойствами классических частиц, то есть изотопы будут проявлять себя не как вещество, а как свет. Как у света разные кванты с разными длинами волн разделяются при проходе через дифракционную решетку, так и изотопы будут селективно просеиваться через многослойные мембраны. При повышении температуры частицам вернутся их прежние свойства.

Новая технология позволит выделять изотопы U238 и U235 или изотопы гелия-3. У последнего множество применений в науке и технике (например, все ЖК-мониторы делаются с его использованием), но также он рассматривается как потенциальное термоядерное экологически чистое топливо.

«Оказалось, что гелий-3 в 1 000 раз лучше для термоядерных реакций, нежели водород, который в результате термоядерного синтеза в ядре Солнца преобразуется в гелий, что и обеспечивает энергию Солнца. За термоядерными установками будущее мировой энергетики. На планете таких реакторов пока единицы. Особенность этих установок заключается в том, что при термоядерном синтезе происходит слияние атомных ядер с высвобождением огромного количества энергии», — объясняет Михаил Бубенчиков.

Если разработка ученых ММФ ТГУ позволит получать гелион в нужном количестве из природного газа при его глубоком разделении, то страну можно будет обеспечить гелионом на сотни лет.

• Этапы создания новой технологии включают математическое и компьютерное моделирование. Для решения поставленной задачи ученые разработают и используют новую вычислительную методику. В Томской области находятся Северская АЭС и СХК, поэтому инфраструктура для внедрения полученной технологии частично уже существует.
• Разработка энергоэффективных методов сепарации изотопов с высокой степенью обогащения будет способствовать переходу России к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике. Это является одним из ключевых направлений стратегии научно-технологического развития РФ. Проект ученые ММФ ТГУ реализуют при поддержке Российского научного фонда. Они представят результаты свое работы в конце 2027 года.
• Гелий-3 образуется при радиоактивном распаде тяжелых элементов, таких как уран и торий, и может быть также получен искусственно. Спрос на гелий и гелион растет экспоненциально. По оценкам экспертов, гелия на Земле осталось примерно на 50 лет. Гелиона в нем меньше одного процента.

Lx: 4538