21 مارس 2025-همجوشی هسته ای-© shutterstock/MeshCube
پیگیری همجوشی هسته ای به عنوان یک منبع انرژی بی حد و حصر و پایدار با پیشرفت جدیدی در استخراج لیتیوم-۶ جهش قابل توجهی به جلو داشته است.دانشمندان روشی بدون جیوه را برای جداسازی لیتیوم-۶، یک جزء حیاتی در سوخت همجوشی هسته ای، توسعه داده اند.
این نوآوری نیاز به فرآیندهای خطرناک مبتنی بر جیوه را از بین می‌برد و در عین حال کارایی را حفظ می‌کند و به یک چالش طولانی مدت در تحقیقات انرژی همجوشی می‌پردازد.
با این توسعه، مسیر برق همجوشی تجاری روشن‌تر می‌شود و امید به آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر را ارائه می‌دهد.
همجوشی هسته ای، فرآیندی که خورشید را نیرو می دهد، به طور گسترده ای آینده انرژی پاک و تقریبا بی حد و حصر در نظر گرفته می شود.با این حال، یکی از چالش‌های اصلی در دستیابی به انرژی همجوشی عملی در تامین لیتیوم-۶، یک عنصر کلیدی در واکنش همجوشی، نهفته است.
روش‌های سنتی برای جداسازی لیتیوم-6 بر فرآیند COLEX تکیه کرده‌اند که از جیوه مایع استفاده می‌کند – یک ماده بسیار سمی که از سال 1963 در ایالات متحده به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی و بهداشتی ممنوع شده است.از زمان این ممنوعیت، محققان آمریکایی به کاهش ذخایر لیتیوم-6 از آزمایشگاه ملی اوک ریج در تنسی وابسته بودند.یک روش جدید و بدون جیوه برای جداسازی لیتیوم-6 برای تضمین عرضه پایدار و مقیاس پذیر برای راکتورهای همجوشی آینده حیاتی است.
محققان دانشگاه ETH زوریخ و دانشگاه A&M تگزاس روشی جایگزین برای جداسازی لیتیوم-6 کشف کرده‌اند که نیاز به جیوه را از بین می‌برد و در عین حال کارایی بالایی دارد.این پیشرفت به طور غیرمنتظره ای زمانی رخ داد که تیم در حال کار بر روی غشاهایی برای تصفیه «آب تولید شده»، محصول جانبی حفاری نفت و گاز بود.این غشاها توانایی قوی برای جذب انتخابی لیتیوم از خود نشان دادند که باعث تحقیقات بیشتر در مورد پتانسیل آنها برای جداسازی ایزوتوپ لیتیوم شد.
روش جدید از ماده ای به نام اکسید زتا-وانادیوم (ζ-V2O5) استفاده می کند، یک ترکیب معدنی پیشرفته که به دلیل خواص منحصر به فرد اتصال لیتیوم خود شناخته شده است.این ماده دارای ساختار تونلی یک بعدی است که به طور انتخابی یون های لیتیوم 6 را به طور موثرتری نسبت به یون های لیتیوم 7 به دام می اندازد.
برای آزمایش کارایی آن، محققان یک سلول الکتروشیمیایی با کاتد ζ-V2O5 طراحی کردند. هنگامی که یک محلول آبی حاوی لیتیوم تحت ولتاژ اعمال شده از طریق سلول پمپ می شود، یون های لیتیوم به سمت ماتریس ζ-V2O5 با بار منفی حرکت می کنند.
به دلیل تفاوت در جرم و حرکت، لیتیوم-۶ ترجیحاً جذب شد، در حالی که لیتیوم-۷ در محلول باقی ماند. این فرآیند همچنین با تغییر رنگ ماده از زرد روشن به سبز زیتونی تیره، نشانگر بصری جذب لیتیوم را ارائه داد.
این مطالعه نشان داد که یک چرخه الکتروشیمیایی منفرد می تواند لیتیوم 6 را تا 5.7 درصد غنی کند. برای رسیدن به سطح خلوص لازم برای سوخت همجوشی هسته ای – حداقل 30٪ لیتیوم-6 – این فرآیند باید حدود 25 بار تکرار شود.برای سطوح غنی سازی حتی بالاتر از 90٪، تقریباً 45 چرخه مورد نیاز است. این نتایج روش جدید را از نظر کارایی با فرآیند سنتی COLEX، اما بدون جزء خطرناک جیوه، همتراز می‌کند.
افزایش مقیاس برای تولید صنعتی
اگرچه این تحقیق هنوز در مراحل اولیه است، اما دانشمندان نسبت به افزایش این فرآیند برای کاربردهای صنعتی خوش بین هستند.این تیم فعالانه روی غلبه بر چالش های مهندسی، مانند بهینه سازی سیستم حلقه جریان برای اطمینان از تولید مداوم و مقرون به صرفه لیتیوم-۶ کار می کند.این رویکرد بدون جیوه نه تنها راه را برای استخراج ایمن‌تر لیتیوم-۶ هموار می‌کند، بلکه کاربردهای بالقوه‌ای در دیگر جداسازی‌های ایزوتوپی، از جمله پالایش مواد رادیواکتیو دارد.
آینده سوخت همجوشی هسته ای
با تسریع تحقیقات گداخت هسته ای، تقاضا برای عرضه پایدار لیتیوم-۶ تنها افزایش می یابد.توسعه یک فرآیند جداسازی سازگار با محیط زیست، مقیاس پذیر و مقرون به صرفه گامی مهم به جلو در تحقق انرژی همجوشی است.این پیشرفت می تواند نقطه عطفی در پیگیری جهانی انرژی پایدار و بدون کربن باشد.
