Lithium-6 er et afgørende materiale til nukleare fusionsreaktorer, men isolering af det er udfordrende-nu har forskere fundet en måde at gøre dette på uden at bruge giftigt kviksølv
Illustration af en nuklear fusionsreaktor
Ubegrænset kraft fra nuklear fusion kan være et skridt nærmere efter den utilsigtede opdagelse af en ny proces til at levere isotop lithium-6, hvilket er vigtigt for at tilvejebringe brændstof til en bæredygtig fusionsreaktor.
Den mindst udfordrende fusionsproces involverer at kombinere to isotoper af brint, deuterium og tritium for at give helium, en neutron og en masse energi. Tritium, en sjælden, radioaktiv isotop af brint, er vanskelig og dyr at kilden. “Opdrætter” -reaktorer forsøger at fremstille tritium ved at bombardere lithium med neutroner.
Lithiumatomer findes som to stabile isotoper: Lithium-7 udgør 92,5 procent af elementet i naturen, og resten er lithium-6. Den sjældnere isotop reagerer meget mere effektivt med neutroner til at producere tritium i en fusionsreaktion.
De to lithiumisotoper er imidlertid ekstremt vanskelige at adskille. Indtil nu er dette kun opnået i stor skala ved hjælp af en meget giftig proces, der er afhængig af Merkur. På grund af miljøpåvirkningen er denne proces ikke blevet anvendt i vestlige lande siden 1960’erne, og forskere er tvunget til at stole på svindende lagre af lithium-6 produceret inden forbuddet.
Sarbajit Banerjee i Eth Zurich i Schweiz og hans kolleger har nu opdaget en alternativ metode serendipitøst, mens de kiggede på måder at rengøre vand, der er forurenet af olieboring.
Forskerne bemærkede, at cementmembranerne, de anvendte, indeholdende en lab-fremstillet forbindelse kaldet zeta vanadiumoxid, indsamlede store mængder lithium og syntes at uforholdsmæssigt isolere lithium-6.
Zeta vanadiumoxid indeholder tunneler omgivet af iltatomer, siger Banerjee. ”Lithiumioner bevæger sig gennem disse tunneler, som tilfældigvis er lige den rigtige størrelse (for at binde lithium-6),” siger han. ”Vi fandt, at lithium-6-ioner er bundet stærkere og tilbageholdes inden for tunnelerne.”
Forskerne forstår ikke fuldt ud, hvorfor lithium-6 fortrinsvis bevares, men baseret på simuleringer mener de, at det har at gøre med samspillet mellem ionerne og atomerne i kanterne på tunnelerne, siger Banerjee.
Han siger, at de kun har isoleret mindre end et gram lithium-6 indtil videre, men de håber at opskalere processen, så den kan producere titusinder af kg af isotopen. En kommerciel fusionsreaktor forventes at have brug for tonsvis af elementet hver dag.
”Imidlertid bleg disse udfordringer i sammenligning med de større udfordringer med plasmaktorer og laserantændelse til fusion,” siger Banerjee.