مادة مبتكرة لـ تخلص من النفايات المشعة وتحويلها إلى سيراميك

تمكن علماء من الجامعة الوطنية للأبحاث النووية “ميفي” من تحسين طريقة استخلاص تركيب الأكاسيد المعقدة، من أجل تحقيق أفضل الخصائص للمواد المستخدمة ضمن مجموعة واسعة من التطبيقات، من المواد المركبة للتخلص من النفايات المشعة إلى السيراميك في الأغطية المقاومة للحرارة، بحسب “سبوتنك”.

ويمكن استخدام المواد الجديدة كطبقات مقاومة للحرارة العالية للطائرات ومحركات التوربين، فالأكاسيد المعقدة في منظومات Ln2O3- MO2، حيث أن Ln عناصر أرضية نادرة، وM عنصر تابع لمجموعة التيتانيوم يتم دراسته بشكل مكثف في السنوات الأخيرة نظراً للأهمية العلمية الكبيرة الخاصة بظاهرة مرحلة الانتقال من “المستقر- المضطرب”، والمقصود هنا توزيع الذرات في الشبكة البلورية.

وعادة ما تقدم الكتابات العلمية معلومات عن دراسة بنية وخصائص المركبات المتبلورة بشكل جيد Ln2M2O7 والتي تم الحصول عليها من خلال طريقة دمج المركبات في الحالة الصلبة تحت تأثير درجات حرارة عالية، ويهتم العلماء في هذه الحالة بعملية الانتقال من الحالة غير المتبلورة للمركب إلى الحالة البلورية.

ووفقًا لمؤلفي البحث، فإن التقنية لا تسمح بالحصول على معلومات حول تشكيل وتطور الهياكل النانو بلورية “الحديث يدور عن الحالة ما قبل التبلور حيث لا تتمتع المادة كلها ببنية بلورية، ولكن فقط جزء منه”.

واعتمد الخبراء في “ميفي” طريقة أخرى دمج المركبات مبنية على تحميص السلائف غير المتبلورة منذ البداية عند درجات حرارة مختلفة “الحالة ما قبل الحصول على مادة المستقبل”، التي تم الحصول عليها عن طريق ترسيب المحاليل من الأملاح المعدنية المقابلة.

ويوضح البروفسور الكسي مينوشينكوف في قسم فيزياء الأجسام الصلبة وأنظمة النانو قائلاً: “لقد تمكنا لأول مرة من تتبع كامل سير إعادة هيكلة التركيب الذري والإلكتروني المحلي للأكاسيد المعقدة في عملية التطور والتشكل من الحالة غير المتبلورة للبنية النانو بلورية والبلورية”.

وأضاف البروفسور، لقد أظهرنا أن الامتصاص الطيفي للأشعة السينية ومطيافية رامان تعتبر حساسة للغاية تجاه إعادة ترتيب الهياكل الإلكترونية والذرية المحلية للأكاسيد المركبة في الاعتماد على نوع عناصر الأرض النادرة وطريقة التحضير”.

واستخدم الباحثون في الدراسة، الامتصاص الطيفي للأشعة السينية وحيود الأشعة السينية باستخدام أشعة السنكروترون، ومطيافية رامان والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، والأشعة السينية التي يتم مسحها عن طريق المجهر الإلكتروني مع تحليل التشتت الطاقة، والتحليل الوزني الحراري.

وأوضحوا أن الجمع بين الطرق المعقدة والمكلفة أمر ضروري للحصول على معلومات عن إعادة الهيكلة في الكاتيون والبنية الأنيونية للمادة، بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام طرق إضافية لتحليل العينات.

وأُجريت دراسة إعادة بناء التركيبة الذرية والإلكترونية المحلية من خلال طرق الامتصاص الطيفي للأشعة السينية EXAFS  وXANES  في محطة BM08 (LISA للمركز الأوروبي للدراسات المتزامنة ESRF غرونوبل- فرنسا، في إطار مشروع HC-3039 للحصول على زمن بوتشكوف، التي فاز بها فريق مينوشينكوف العلمي على أساس تنافسي.

والنتائج التي تم التوصل إليها مهمة سواء من وجهة نظر العلوم الأساسية أو من وجهة نظر الحصول على الخصائص المثلى من الأكاسيد المركبة لمختلف التطبيقات العملية، بالإضافة إلى استخدام مواد جديدة كالمواد الخزفية للأغطية الواقية للحرارة، وقوالب للتخلص من النفايات المشعة وتصميم خلايا وقود الأكسيد الصلبة، يمكن استخدام المواد التي تم الحصول عليها لتصميم المواد التي تمتص النيترونات للمفاعلات النووية.