Содержание
Ученые обнаружили, что «тяжелая вода» меняет свои свойства при облучении
2886
Добавить в закладки
Физики Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с
коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм,
Швеция) показали, что «тяжелая вода» меняет свои свойства при
облучении рентгеновским излучением, сообщает ТАСС. Результаты работы ученых
опубликованы в журнале Scientific Reports, они помогут
в разработке механизмов контроля химических реакций с помощью
излучения.
«Авторы работы обнаружили, что свойство локализации колебаний
нарушается при облучении молекулы рентгеновским излучением», —
сообщается в пресс-релизе СФУ.
Что такое локализованные колебания?
«В молекуле воды оба атома водорода (Н) колеблются одновременно,
— рассказывает один из авторов исследования, профессор Фарис
Гельмуханов (Швеция).
— Они могут совершать симметричные
колебания, синхронно удаляясь или приближаясь к центральному
атому кислорода (О), и могут совершать антисимметричные
колебания, при которых будут двигаться в одну сторону, но в обоих
случаях атомы водорода колеблются согласованно. Такие колебания
называют делокализованными».
Эта картина качественно меняется, если заменить один из атомов
водорода атомом дейтерия (D), который тяжелее в два раза. В такой
асимметричной молекуле HOD колебания атомов становятся
локализованными: то есть легкий атом водорода и тяжелый атом
дейтерия колеблются вокруг центрального атома кислорода
независимо и с разными частотами.
Что происходит с молекулой «тяжелой воды» при облучении
рентгеном?
Все меняется при облучении рентгеновским излучением — такое
воздействие переводит молекулу тяжелой воды НОD в возбужденное
состояние, в котором водород и дейтерий колеблются опять
синхронно, как в обычной молекуле воды.
«Легкий атом водорода двигается быстрее, чем тяжелый атом
дейтерия и именно этой асимметрией в кинетической энергии
объясняется рассинхронизация колебаний в невозбужденных молекулах
тяжелой воды, — объясняет профессор Гельмуханов. — Однако, с
точки зрения электростатики, атомы H и D, абсолютно одинаковые —
у них одинаковые заряды».
Квантовые расчеты ученых показали, что в возбужденной
рентгеновским излучением молекуле этот второй фактор
(«симметричная» электростатика) перевешивает первый
(«асимметричная» кинетическая энергия), именно поэтому движения
атомов H и D становятся согласованными.
Обнаруженное «сосуществование» делокализованных и локализованных
колебаний в молекулах, по словам ученых, является исключительно
важным фактом для исследований миграций колебательных возбуждений
в твердых телах и жидкостях. Результаты работы помогут в изучении
процессов переноса энергии в конденсированных средах и разработке
механизмов контроля фотостимулированных химических реакций.
рентгеновское излучение
тяжелая вода
Источник:
tass.ru
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
18.01.23 — Расширенная сессия ученого совета НИЦ «Курчатовский институт», посвященная 80-летию центра
22:00 / Наука и общество, Физика
Росатом установил в проектное положение корпус уникального российского исследовательского реактора МБИР
19:00 / Физика
Водоросли помогут утилизировать вредные вещества и производить биоэтанол
18:30 / Экология, Энергетика
Петербургские ученые улучшили модель, управляющую автоматическими системами
17:30 / Новые технологии
В Сеченовском Университете создали наночастицы, которые позволят лечить гепатит B, рак и генетические заболевания
16:30 / Биология, Медицина
Девять новых пещер открыли спелеологи Крымского федерального университета
15:30 / География
Новый метод визуализации позволил подробнее рассмотреть мозжечок
15:00 / Нейронауки
Устройство ученых Пермского Политеха защитит очистные элементы газокомпрессорных станций
14:30 / Инженерия
Физики МГУ нашли простые способы получения препаратов для ядерной медицины
13:30 / Медицина, Физика
300-летие Российской академии наук: три века испытаний и открытий на пути прогресса
13:00 / История, Наука и общество, 300 лет Академии наук
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
История новогодних праздников
01.08.2014
Смотреть все
В РХТУ предложили способ эффективного получения тяжелой воды
Российские ученые из РХТУ им. Д. И. Менделеева и АО ВНИИНМ им. А. А. Бочвара нашли способ получения тяжелой воды. Это решает проблему дефицита данного вещества.
До этого в России никто не производил тяжелую воду, несмотря на ее стратегическую значимость и истощение запасов. Ученые научились управлять свойствами платинового катализатора, необходимого для производства тяжелой воды.
Впервые получать тяжелую воду научились еще в начале XX века с помощью электролиза воды.
Этот простой, но энергозатратный метод со временем сошел на нет. Сегодня одним из самых эффективных методов считается использование реакции химического изотопного обмена, в которой атомы дейтерия из одного соединения меняются местами с обычными атомами водорода другого соединения.
Большая часть тяжелой воды в мире была получена по методу изотопного обмена в системе вода-сероводород. Однако из-за экологических проблем, связанных с высокой токсичностью сероводорода, большинство таких производств пришлось закрыть. Сейчас же для получения тяжелой воды рассматривается система вода-водород.
Установки для электролизного получения тяжелой воды. Изображение: martin_vmorris/Flicrk
Этот процесс взаимодействия воды и водорода происходит в больших колоннах: из водорода извлекают дейтерий, которым обогащают воду. Действие повторяют несколько раз, пока обычная вода не превратится в тяжелую. Ключевая стадия этого процесса невозможна без платинового гидрофобного катализатора.
Его можно получить двумя способами: либо взять уже гидрофобный по своей природе носитель и пропитать его раствором платины, либо использовать изначально гидрофильный носитель, поверхность которого нужно покрыть гидрофобным веществом, а уже потом нанести платину. Выбор типа катализатора зависит от производительности разделительной колонны и условий ее работы.
“К гидрофобизированному катализатору предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, у него должна быть гидрофобная поверхность, иначе в процессе эксплуатации катализатора в колонне он покроется пленкой воды и реакция на нем сразу перестанет идти. С другой стороны, нам необходимо нанести платину, которая собственно и катализирует реакцию изотопного обмена, но в процессе нанесения платины мы неизбежно нарушаем гидрофобность этой поверхности”, — рассказывает один из авторов работы, доцент РХТУ, Алексей Букин. “Поиску этого компромисса и была посвящена наша работа. Мы меняли условия нанесения платинового покрытия, и смотрели, как с помощью них можно управлять свойствами катализатора, чтобы в конечном счете сделать его более совершенным”.
Заглянуть под оболочку
В новой работе исследователи использовали в качестве носителя катализатора сферические гранулы оксида алюминия. Их поверхность изначально гидрофильна. На эту поверхность наносили платину, используя гексахлорплатиновую кислоту с добавками других кислот — соляной или щавелевой.
Затем ученые оценивали гидрофобность полученных катализаторов и их каталитические свойства. Гидрофобность поверхности гранул всех трех образцов оказалась примерно идентична, однако же их каталитические свойства отличались. Лучше всего показал себя катализатор, нанесенный из чистого раствора гексахлорплатиновой кислоты. Добавки других кислот ухудшали свойства образцов.
Ученые изучили состав гранул катализатора, чтобы объяснить такое поведения. Оказалось, что при движении от ядра гранул к поверхности уменьшалось содержание кремния во всех образцах. Но характер распределения платины внутри катализатора не был постоянным — в одних образцах платина выходила на поверхность, а в других она концентрировалась в ядрах гранул.
Такие различия в структуре гранул напрямую коррелировали с их каталитическими свойствами.
Распределение изотопной метки трития по сечению катализатора.
“В этой работе мы предложили инструмент для того, чтобы наблюдать, как распределяется платина внутри катализатора, и одновременно контролировать гидрофобность покрытия. Теперь, вооруженные этими методами, мы можем разрабатывать новые, более эффективные катализаторы”, — рассказывает Алексей Букин. “Это заметно расширяет диапазон и область применения гидрофобизированных катализаторов изотопного обмена”.
Исследователи утверждают, что получение тяжелой воды на предприятиях по промышленному производству водорода повысит конкурентность системы вода-водород. Такими предприятиями могут стать атомные электростанции — на них планируется производить много водорода, из которого тут же можно будет получать тяжелую воду.
Результаты работы опубликованы в журнале Fusion Engineering and Design, а новые катализаторы, по словам ученых, хорошо подходят не только для синтеза тяжелой воды, но и, например, для аварийного окисления водорода на атомных электростанциях.
- #Химия
Вам может быть интересно
10 августа
В Новосибирске состоится IX Международный форум технологического развития «Технопром-2022»
8 августа
Победитель «Лидеров России» предлагает создать команду ученых для интенсивного импортозамещения в химической промышленности
5 августа
Экскурсии «Наука рядом»: в июле школьники узнали, как создают вакцины, увидели строительство судов и сыграли роботами в лазертаг
вкусовых рецепторов человека могут определить разницу между нормальной и «тяжелой» водой
Менее века назад открытие изотопа водорода дейтерия – 2 H, часто упрощенного до D – выявило существование другого вида воды с химической формулой 2 H 2 O или просто D 2 О.
Вот чем они отличаются. Типичный атом водорода содержит в своем ядре один протон. Изотоп дейтерия, однако, имеет нейтрон в дополнение к протону, что придает атому водорода большую массу. Поэтому воду, образованную с этим типом тяжелого водорода, обычно называют… тяжелой водой.
Помимо этого ключевого различия между H 2 O и D 2 O, которое придает тяжелой воде примерно на 10 процентов большую плотность, чем обычная вода, эти два типа воды химически одинаковы, хотя дейтерий демонстрирует несколько разные связи. отношение к обычному водороду (который, кстати, также известен как протий).
Из-за этого измененного поведения связи, которое может повлиять на химию организма, если вы проглотите дейтерий в D 2 O, ученые обычно говорят, что пить тяжелую воду не лучшая идея, по крайней мере, не в больших дозах.
Однако небольшие количества считаются безвредными для человека, и на самом деле их часто вводят участникам научных экспериментов.
Из-за такого случайного потребления, уже почти столетие назад, существует давний вопрос о том, имеет ли тяжелая вода такой же вкус, как обычная питьевая вода, или ее тонкая изотопная вариация дает другой вкус, который люди могут воспринимать.
«Есть неподтвержденные свидетельства 1930-х годов, что вкус чистого D 2 O отличается от нейтрального вкуса чистого H 2 O, описываемого в основном как« сладкий », — международная группа исследователей под руководством первые авторы и биохимики Натали Бен Абу и Филип Э. Мейсон объясняют в новом исследовании.
«Однако Юри и Файлла [первым из них был Гарольд Юри, ученый, открывший дейтерий] обратились к этому вопросу в 1935 году, авторитетно заключив, что при дегустации «никто из нас не мог обнаружить ни малейшей разницы между вкусом обычной дистиллированной воды и вкусом чистой тяжелой воды».
Но был ли этот вывод несколько преждевременным? Бен Абу и Мейсон говорят, что недвусмысленное мнение Юри и Файллы по этой теме фактически задушило дальнейшие исследования в этой области на протяжении большей части следующего столетия, по крайней мере, с точки зрения тестирования человеческого вкуса.
Испытания на крысах показали, что чрезмерное потребление тяжелой воды может быть смертельным для животных, но доказательства того, чувствуют ли крысы разницу во вкусе, остаются неясными.
За последние два десятилетия или около того прогресс в нашем понимании вкусовых рецепторов человека привел к повторному открытию подобных старых случаев — и в своем новом исследовании Бен Абу, Мейсон и их команда наконец-то могут подтвердить, что что-то действительно существует. немного отличается от вкуса тяжелой воды.
«Несмотря на то, что два изотопа номинально химически идентичны, мы убедительно показали, что люди могут различать по вкусу (который основан на химическом ощущении) между H 2 O и D 2 O, причем последний имеет отчетливый сладкий вкус», — объясняет старший автор и физический химик Павел Юнгвирт из Чешской академии наук.
В эксперименте по проверке вкуса с участием 28 человек большинство людей смогли различить H 2 O и D 2 O, а также тесты со смешанными количествами воды показали, что большее количество тяжелой воды воспринимается как более сладкое на вкус.
Однако в тестах на мышах животные, по-видимому, не предпочитали пить тяжелую воду обычной воде, хотя они предпочитали подслащенную воду, что позволяет предположить, что у мышей D 2 O не вызывает такого же сладкого вкуса. которые люди могут воспринять.
Другие вкусовые тесты, проведенные командой, показывают, почему это так, указывая на то, что человеческая вкусовая восприимчивость к D 2 O опосредован вкусовым рецептором TAS1R2/TAS1R3, который, как известно, реагирует на сладость как натуральных сахаров, так и искусственных подсластителей.
Лабораторные эксперименты с клетками HEK 293 подтвердили то же самое, показав устойчивые ответы клеток, экспрессирующих TAS1R2/TAS1R3, при воздействии D 2 O.
Кроме того, компьютерное моделирование с моделированием молекулярной динамики выявило небольшие различия во взаимодействиях между белками и H 2 O против D 2 O, который, по словам команды, требует дальнейшего изучения, чтобы полностью объяснить его, но согласуется с предыдущими исследованиями и представляет собой еще один пример ядерных квантовых эффектов в химических системах, включая воду.
«Наши результаты указывают на то, что человеческий рецептор сладкого вкуса TAS1R2/TAS1R3 необходим для сладости D 2 O», заключают авторы.
«На молекулярном уровне это общее поведение можно проследить до более сильной водородной связи в D 2 O против H 2 O, что связано с ядерным квантовым эффектом, а именно с разницей в энергии нулевой точки… Хотя тяжелая вода явно не является практическим подсластителем, она позволяет заглянуть в широко открытое химическое пространство сладких молекул».
Результаты представлены в Communications Biology .
Контроль химического состава теплоносителя и влияние на надежность топлива в тяжеловодных реакторах под давлением
Отчет технического совещания
IAEA-TECDOC-1942
English IAEA-TECDOC-1942 ¦ 978-92-0-134021-4
126 страниц ¦ 3 цифры ¦ € 18,00 ¦ Дата публикации: 2021
Скачать PDF (5,32 МБ) 7009 как 2:
Цитировать это содержание МЕЖДУНАРОДНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ, Контроль химического состава теплоносителя и влияние на надежность топлива в тяжеловодных реакторах под давлением, IAEA-TECDOC-1942, МАГАТЭ, Вена (2021)
Загрузить в:
EndNote BibTeX
*использовать BibTeX для Zotero
Получить подробные сведения о цитировании
Описание
В этой публикации содержится полезная информация об оптимизированном контроле химического состава тяжеловодных реакторов под давлением (PHWR).
В этой публикации представлены новейшие сведения по этой теме, включая явления коррозии, наблюдаемые в системе теплопереноса первого контура, и их последствия. по надежности топлива в реакторах PHWR. В частности, в нем описывается национальная практика контроля химического состава охлаждающей жидкости в различных условиях эксплуатации, а также программы исследований и разработок, направленные на понимание явлений коррозии (образование и перенос) и связанного с этим контроля химического состава. Рассмотрены отложения корки на оболочке твэла, влияние на пригодность топлива к эксплуатации в системе теплопередачи первого контура, а также техническая основа восстановительных мероприятий для обеспечения надежной работы топлива в реакторах PHWR.
Дополнительная информация о повторном использовании материалов, охраняемых авторским правом МАГАТЭ, .
Ключевые слова
Теплоноситель, Химия, Контроль, Эффект, Топливо, Надежность, PHWR, Тяжеловодный реактор под давлением, Оптимизированная химия, Коррозионные явления, Теплоперенос, Надежность топлива, Условия эксплуатации, НИОКР, Исследования, Разработка, Формирование, Транспорт, Химический контроль, Отложение топлива, Оболочка топлива, характеристики топлива, материалы, коррозия, коррозионные отложения, коррозионное топливо, уран, урановое топливо, оператор энергетического реактора, реактор, PWR, реактор с водой под давлением, FFS, пригодность к эксплуатации, пригодность топлива, литий, водород, комплектация топлива, топливо Цикл, Национальная практика, Контроль химического состава охлаждающей жидкости, Управление, Сохранение знаний, Техническое заключение, Наблюдение, Коррозия PHTS, Техническая основа, Меры по исправлению положения, АОО, Ожидаемое эксплуатационное происшествие, DBA, Проектная авария, LWR, Легководный реактор, АЭС, Атомная энергия Станция, ВАО АЭС, Всемирная ассоциация операторов атомных станций, эксплуатационные расходы, опыт эксплуатации
Related publications
2022
Best Practices in the Refurbishment of Pressurized Heavy Water Reactors
2022
Near Term and Promising Long Term Options for the Deployment of Thorium Based Nuclear Energy
2022
Prediction поперечной ползучести на основе условий эксплуатации и микроструктуры напорных труб тяжеловодных реакторов
2022
Отказ топлива при нормальной эксплуатации водо-водяных реакторов: опыт, причины и устранение
2021
Техническая информация о сравнительном сравнении различных методов для прогнозирования частоты отказа трубы в реакторах с водяным охлаждением
2021
Влияние плотности топлива на производительность и экономия исследований.
Химиаторы. и влияние на надежность топлива в тяжеловодных реакторах под давлением
2021
Опыт эксплуатации атомных электростанций в государствах-членах
2021
Феномен водорода во время тяжелых несчастных случаев в реакторах с водяным охлаждением
2020
Разработки в анализе и лечении горючих газов в тяжелых авариях
020202020202020205050505050505050505050505cн.
Технический обзор критериев приемки тяжеловодного реакторного топлива под давлением
2020
Сравнительный анализ кодов вычислительной гидродинамики для проектирования корпуса реактора
2020
Benchmarking of Computational Fluid Dynamics Codes for Fuel Assembly Design
2020
Understanding and Prediction of Thermohydraulic Phenomena Relevant to Supercritical Water Cooled Reactors (SCWRs)
2019
Review of Fuel Failures в водоохлаждаемых реакторах (2006–2015 гг.
