Китайски учени създадоха "хищен" материал, който сам преследва уран във водата

Международна изследователска група, базирана в Китай, е разработила микроскопичен материал, който се държи като миниатюрен хищник: той сам се придвижва във водна среда, "надушва" и улавя уранови йони. Откритието има потенциала да промени подхода към добива на ядрено гориво от морска вода и към очистването на радиоактивно замърсени водоеми.

"Микромотор", който ловува уран

Новият материал представлява микромотор на основата на метал-органична рамка (МОК), задвижван от светлина. Той е разработен в Цинхайския институт за солени езера към Китайската академия на науките и е приет за публикуване на 24 март в рецензираното списание "Nano Research". Частиците имат гъбеста структура и диаметър едва около 2 микрометра – многократно по-тънки от човешки косъм – и са проектирани да работят стабилно във вода за продължителни периоди.

При добавяне на малко количество водороден пероксид тези микрочастици генерират тяга и се придвижват във водата със скорост приблизително 7 микрометра в секунда. Под въздействието на светлина скоростта им почти се удвоява, което дава на микромоторите допълнителен "слънчев" тласък. В лабораторни условия те са поглъщали до 406 милиграма уран на грам материал, след което са го превръщали в стабилна минерализирана форма, удобна за извличане и безопасно съхранение.

"Когато работи със светлина, този материал може да се движи сам, което прави подхода значително по-енергоефективен и по-щадящ за околната среда в сравнение с традиционните статични сорбенти", обяснява водещият изследовател Юнцюан Чжоу в интервю за "South China Morning Post".

Динамика "хищник – жертва" в микромащаб

В серия контролирани експерименти учените наблюдават емерджентно поведение, напомнящо биологичната динамика между хищник и жертва. Когато комбинират активните микромотори с пасивни колоидни частици, системата започва да проявява модели, подобни на преследване, избягване и координирано роево движение, като тези патерни се променят в зависимост от концентрацията на "гориво". Значителна част от експерименталната работа е извършена от Икрам Мухаммад, член на екипа.

По думите на Чжоу, концепцията не се ограничава само до урана. В бъдеще подобни микромотори биха могли да се използват и за улавяне на други стратегически важни елементи във водна среда, като рубидий и цезий, които са ключови за високотехнологични приложения и енергетиката.

Стратегически контекст и оставащи предизвикателства

Изследването идва в момент, когато Китай бързо разширява ядрената си енергийна програма, но остава в значителна степен зависим от вносен уран. Оценките сочат, че в световния океан са разтворени около 4,5 милиарда тона уран, но изключително ниската му концентрация – порядъка на 0,003 части на милион – дълго време прави извличането му технически трудно и икономически неизгодно.

В началото на годината свързани с държавата китайски ядрени структури съобщиха, че са успели да извлекат уран от морска вода в мащаб от няколко килограма чрез офшорна платформа в Южнокитайско море – поредна стъпка в амбициозния курс на страната към добив на ядрено гориво директно от океана. Подобни разработки подчертават стратегическото значение на всяка технология, която може да ускори или поевтини този процес.

Въпреки обещаващите резултати Чжоу подчертава, че технологията на микромоторите е все още в начален етап. Среди с високо солево съдържание – като солените езера, където институтът традиционно работи – засега понижават ефективността на системата. За да намери място в реални приложения, ще са нужни допълнителни инженерни решения, които да подобрят стабилността и ефективността в различни условия.

Екипът продължава да работи върху оптимизацията на материала и мащабирането на процеса. Ако предизвикателствата бъдат преодолени, "хищните" МОК-микромотори биха могли да се превърнат в важен инструмент както за добив на уран от разредени водни източници, така и за почистване на радиоактивни отпадни води – с потенциално голямо значение за бъдещето на ядрената енергетика и околната среда.