طريقة مبتكرة لفصل النظائر

نجح الباحثون في تطوير طريقة مبتكرة لفصل الديوتيريوم باستخدام عائلة خاصة من المواد العضوية التي تتغير أحجام مسامها بسبب امتصاص الغاز

[بقلم الدكتور نحماني موشيه]

أدت الأبحاث المحدثة التي أجراها فريق دولي من الباحثين إلى تطوير طريقة مبتكرة لفصل الديوتيريوم، باستخدام عائلة خاصة من المواد العضوية التي تتغير أبعاد مسامها بسبب امتصاص الغاز. تسمح الطريقة المبتكرة لذرات الديوتيريوم بالخروج من فوهات المادة بمعدل أسرع من ذرات الهيدروجين، بعد امتصاص غاز الهيدروجين. الدراسة التي نشرت منذ فترة طويلة في المجلة العلمية مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكيةأثبت أن التغيرات الديناميكية في قطر الفوهات يمكن أن توفر فرصة عظيمة لفصل المخاليط التي تحتوي على جزيئات ذات هياكل أو أحجام مماثلة تتطلب ضبطًا دقيقًا لقطر الفوهة.

تنتمي "الأطر المعدنية العضوية" المرنة (الأطر المعدنية العضوية، MOFs) إلى مجموعة فريدة من المواد التي تظهر تغيرًا ديناميكيًا في قطر الفوهات بداخلها، بعد تحفيز خارجي. في هذه المواد، يؤدي الامتزاز (الامتزاز) أو الانفصال (الامتزاز)، والتغيرات في درجة الحرارة وحتى الضغط الميكانيكي المطبق عليها، إلى تمدد أو انكماش قطر الفوهات، وهي عملية مشابهة لآلية التنفس.

كجزء من هذه الدراسة، قام الباحثون بفحص الآلية الديناميكية لنظام من النوع MIL-53(Al) للفصل الفعال لنظائر الهيدروجين. اجتذب البحث نفسه الكثير من الاهتمام في الأوساط الأكاديمية لأنه أول محاولة على الإطلاق للاستفادة من المرونة الهيكلية للأطر العضوية المعدنية لفصل نظائر الهيدروجين. بمساعدة هذه الآلية الداخلية، سيكون من الممكن امتصاص مكونات الغاز المطلوبة وإطلاقها بشكل انتقائي. في ظل ظروف درجة الحرارة المبردة (ناقص 233 درجة مئوية)، توسعت الفوهات الضيقة بقطر 0.26 نانومتر داخل المادة إلى فوهات أكبر بقطر 0.85 نانومتر استجابة لامتصاص غاز الهيدروجين. يبدأ التوسع نفسه عند نقطة الدخول ويتقدم نحو القلب. في القلب، تهتز ذرات الديوتيريوم بشكل أسرع بكثير من ذرات الهيدروجين. ويحدث نبض ذرات الديوتيريوم بالقرب من النواة حيث توجد ثقوب أضيق. ونتيجة لذلك، تبقى ذرات الديوتيريوم فقط داخل البنية المكانية. وقام الباحثون بتغيير هيكل الفوهات بشكل منهجي عن طريق تغيير درجات الحرارة والضغط وزمن الامتزاز، وذلك بهدف إيجاد الظروف المثلى. بفضل هذه الطريقة، يتم الحصول على كمية كبيرة من الديوتيريوم (12 مجم) لكل 1 جرام من المادة المازة. للمقارنة، في الدراسات السابقة، كانت كمية الديوتيريوم المنفصل 5 ملغ فقط لكل جرام واحد من المادة المازة.

ملخص المقال