Исследователи Инженерного колледжа Орегонского государственного университета разработали новую технологию для измерения обогащения урана и обнаружения микроэлементов. Это имеет большое значение для контроля над ядерным распространением и поддержки разработки и эксплуатации ядерных реакторов нового поколения.
Хаори Ян, доцент кафедры ядерной науки и инженерии, сказал: «Технология, которую мы разрабатываем, может поддерживать ядерные гарантии, а также развитие ядерной энергетики. Она может обеспечить измерения обогащения на месте с минимальной подготовкой проб или без неё, что означает быстрое время выполнения работ. Её также можно использовать для мониторинга топлива в ядерных реакторах четвёртого поколения, таких как реакторы с жидкометаллическим охлаждением».
В своём естественном состоянии уран содержит менее 1% U-235, изотопа, который может поддерживать ядерную цепную реакцию; остальное — U-238, который гораздо менее способен это делать. Обогащение урана — это процесс, в ходе которого увеличивается доля U-235 до различных уровней в зависимости от того, предназначено ли его использование для выработки электроэнергии, вооружения или двигателей для авианосцев и подводных лодок.
Технологии обнаружения имеют решающее значение для Международного агентства по атомной энергии, которое действует как ядерный надзор ООН, и Договора о нераспространении ядерного оружия, который предотвращает передачу оружия от государств, обладающих ядерным оружием, государствам, не обладающим ядерным оружием, одновременно предоставляя доступ к ядерным технологиям в мирных целях под гарантиями.
Сотрудничество между Орегонским штатом и Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией объединяет три метода обнаружения в одной системе: лазерно-индуцированная спектроскопия пробоя, лазерная абсорбционная спектроскопия и лазерно-индуцированная флуоресцентная спектроскопия.
Узоры узоров: исследование суперомё-инженерии
Несколько лет назад физики были удивлены, узнав, что наложение и тонкое скручивание двух атомарно тонких слоёв такого электронного материала, как графен, создаёт узор, который изменяет свойства материала и может даже превратить его в сверхпроводник. Этот наложенный узор, подобный тому, который появился бы, если бы две оконные сетки были уложены слегка под углом, называется суперомё-узором.
Но почему останавливаться на этом? Оказывается, добавление третьего слоя, в котором каждый слой скручен под слегка разными углами, создаёт ещё более сложные помехи, известные как супермоёмё-узоры (они же моёмё из моёмё). Супермоёмё-узор вызывает глубокие изменения в том, как электроны движутся через материал, но до недавнего времени учёным было трудно измерить, какие именно изменения происходят и почему.
Теперь прикладные физики из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) использовали специально разработанный микроскоп для исследования свойств супермоёмё-узоров в трёхслойном графене до такой степени, которая раньше была невозможна. Используя свой микроскоп, они увидели множество новых состояний вещества, в которых электроны застревали или образовывали необычные группы, что приводило к изменениям в электронном поведении всей системы и открывало двери для изучения слоистых материалов с точно контролируемыми свойствами.
Тёмная сторона времени: учёные разрабатывают ядерные часы для обнаружения тёмной материи
Почти столетие учёные по всему миру ищут тёмную материю — невидимое вещество, которое, как полагают, составляет около 80% массы Вселенной и необходимо для объяснения различных физических явлений. Были использованы многочисленные методы для обнаружения тёмной материи, от попыток её получения в ускорителях частиц до поиска космического излучения, которое она могла бы излучать в космосе.
Однако даже сегодня об основных свойствах этого вещества известно очень мало. Хотя оно действует в фоновом режиме, тёмная материя, как полагают, влияет на видимую материю, но способами настолько тонкими, что их в настоящее время невозможно непосредственно измерить.
Учёные считают, что если будут разработаны ядерные часы — такие, которые используют атомное ядро для измерения времени с чрезвычайной точностью, — даже малейшие нарушения в их тикании могут выявить влияние тёмной материи. В прошлом году физики в Германии и Колорадо сделали прорыв в создании таких часов, используя радиоактивный элемент торий-229.
Когда исследователи из группы теоретической физики профессора Гилада Переса в Институте науки Вейцмана узнали об этом достижении, они увидели новую возможность для продвижения поисков тёмной материи, даже до того, как полностью функциональные ядерные часы станут реальностью. В сотрудничестве с немецкой командой они недавно опубликовали исследование, в котором предлагается новый метод обнаружения влияния тёмной материи на свойства ядра тория-229.