АЭС будущего: российские ученые открыли стойкие к радиации материалы

Нижегородские ученые установили, что металлорганические соединения некоторых редкоземельных металлов необычно хорошо поглощают радиацию. Это поможет защитить от ионизирующего излучения спутники и улучшить атомные электростанции (АЭС). Работу исследователей опубликовал научный журнал Scientific Reports.

«Столь высокая радиационная устойчивость поможет в будущем разработать установки для прямого преобразования ядерной энергии в электричество. Это позволит создать АЭС нового поколения», — пояснил один из авторов исследования — профессор Института органометаллической химии Российской академии наук (РАН) и Нижегородского государственного университета Михаил Бочкарев.

Как отметили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ), работе спутников и космических кораблей в космосе угрожают не только резкие перепады температур, вакуум и механические нагрузки, но и высокий уровень ионизирующего излучения. Два его главных источника — Солнце и космические лучи. Радиация опасна не только для экипажа космических кораблей, особенно при полетах в дальний космос, но и для электронной аппаратуры и обшивки самих пилотируемых аппаратов и беспилотных зондов.

В последние годы ученые активно пытаются решить эту проблему, создавая различные покрытия и наночастицы, которые могли бы поглощать ионизирующее излучение, преобразовать его в другие формы энергии и при этом не разрушаться. Бочкарев и его коллеги значительно расширили защитный арсенал будущих марсонавтов, строителей и работников АЭС и прочих опасных объектов, экспериментируя с соединениями лантана, иттербия, церия и других редкоземельных металлов, а также ряда сложных фторорганических молекул.

Профессор Бочкарев обращает внимание на то, что неорганические соединения этих элементов сами по себе необычно хорошо поглощают радиацию, однако ученых давно интересовало, можно ли соединить их с органикой так, чтобы последнюю не разрушали облучение достаточно сильными пучками гамма-излучения, космические лучи или другие формы ионизирующего излучения.

Создавая различные комплексные соединения редкоземельных элементов и органики, исследователи достаточно долго облучали их мощными потоками нейтронов и гамма-квантов. Специалисты наблюдали за тем, смогут ли молекулы этих химических веществ выдержать дозы радиации, которые превышают смертельную для человека почти в тысячу раз.

Эти эксперименты показали, что некоторые из соединений церия, иттербия и органических молекул были невероятно стойки к действию радиации. Они почти не меняли своей структуры даже после поглощения более 900 Грэй ионизирующего излучения, смертельной дозы радиации для большинства существующих солнечных батарей и прочих полупроводниковых электронных приборов.

Единственный недостаток этих соединений — они постепенно становятся радиоактивными при облучении очень большим количеством нейтронов из-за того, что часть атомов редкоземельных металлов поглощает эти частицы и превращается в нестабильные изотопы. Однако это не мешает им блокировать действие радиации и не приводит к разрушению молекул.

«Мы обнаружили, что металлорганические комплексы редкоземельных металлов, в частности, лантаноидов, обладают высокой радиационной устойчивостью. Их можно использовать при конструировании приборов для работы в космических аппаратах или на АЭС. Устройства на основе этих комплексов также могут быть полезны на предприятиях по переработке и обогащению радиоактивных веществ и на территориях, подвергшихся их заражению», — резюмировал Бочкарев.