Российские учёные нашли устойчивые к радиации соединения

Российские учёные выявили новые органические материалы, которые способны выдерживать очень мощное радиационное облучение. Ими оказались соединения из углерода и лантаноидов — редкоземельных металлов. Исследователи выяснили, что подобные материалы могут применяться для создания надёжных приборов, неразрушимых даже вблизи ядерного взрыва. Химики отмечают, что в будущем органические лантаноиды могут также использоваться в АЭС нового типа, в которых энергия атомного ядра будет трансформироваться в поток электронов без выделения тепла.

Химики из Института металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева Российской академии наук и Нижегородского государственного университета выявили материалы на основе углерода и редкоземельных металлов лантаноидов, которые устойчивы к сильному радиоактивному облучению. Об этом сообщается в журнале Nature. Работа проведена при поддержке Российского научного фонда.

Лантаноидами называют вещества из группы редкоземельных металлов, которые обладают порядковыми номерами от 57 до 71 в периодической системе химических элементов. Своё название они получили по первому элементу в этой группе под номером 57 — лантану. Благодаря особенностям электронного строения атомов этих металлов их соединения имеют ряд уникальных свойств.

Главная и ранее неизвестная особенность органических материалов на основе лантаноидов — высокий уровень защиты от радиации, отмечают российские химики. Учёные подвергли образцы созданных из этих металлов веществ мощному излучению, полученному от распада радиоактивного изотопа урана. Общая доза поглощённой радиации составила 1300 грей, что почти в 1000 раз больше смертельной для человека. Под воздействием излучения цвет, форма, внешний вид и электрические параметры образцов не изменились.

«Оптоэлектронные материалы, как органические, так и неорганические, используются в различных приборах. Например, существует популярная технология создания дисплеев OLED, которая основана на работе полупроводников — органических светодиодов. Мы решили подвергнуть металлоорганические лантаноиды мощному излучению, подобному тому, что регистрируется в 100 метрах от эпицентра ядерного взрыва мощностью в 100 килотонн. Предполагалось, что соединение превратится в пыль, но, к нашему большому удивлению, оказалось, что все молекулы остались неизменными», — заявил в беседе с RT заведующий лабораторией химии редкоземельных элементов Института металлоорганической химии РАН Михаил Бочкарёв.

Устойчивость к облучению исследуемых металлорганических соединений оказалась почти на 50% выше, чем для неорганических веществ, использующихся в настоящее время для работы в условиях повышенной радиации. Использование новых материалов позволит создавать чувствительные электронные устройства, не подверженные воздействию мощного радиоактивного излучения, полагают исследователи. Лантаноиды можно использовать при конструировании приборов для работы в космических аппаратах или на атомных электростанциях, а устройства на основе этих соединений могут быть полезны на предприятиях по переработке и обогащению радиоактивных веществ и на территориях, подвергшихся заражению ими.

«Мы выяснили, что все оптоэлектронные свойства лантаноидных соединений будут проявляться и в условиях ионизирующего излучения — например, в активной зоне атомных реакторов. Это один возможный вариант использования», — отметил профессор Бочкарёв.

Исследователь отметил, что уникальные свойства лантаноидов открывают новые возможности их применения в атомной энергетике. Вместо современных АЭС в будущем могут использоваться атомные электростанции нового типа, в которых энергия атома будет трансформироваться в электрическую энергию без выделения тепла.

Параметры образцов лантаноидных соединений после мощного облучения не изменились © Balasheva et al. / Scientific reports, 2019

«Лантаноидные соединения можно теоретически использовать для создания приборов, преобразующих атомную энергию в электрическую, минуя стадию нагревания. В современных АЭС при расщеплении ядер выделяется огромное количество энергии, нагревающей теплоноситель. На модельных приборах уже реализуется идея превращения энергии атомного ядра в поток электронов без выделения тепла. Так что мы уже можем пофантазировать о том, что появятся АЭС, работающие по этому новому принципу», — подытожил учёный.