Впервые получены данные о квантовой диффузии дейтерия в натрий

Ученые из УрФУ и УрО РАН впервые показали не только возможность, но и условия квантовой диффузии дейтерия, тяжелого изотопа водорода, в натрий. Данное исследование крайне важно для развития квантовой теории, теории катализа, астрофизики, а также низкотемпературных технологий. Результаты работы опубликованы в The Journal of Physical Chemistry A.

За основу классической механики взяты принцип относительности Галилея (все механические процессы и явления идут одинаково в инерциальных системах отсчета) и законы Ньютона (закон инерции, закон зависимости ускорения от массы и приложенной силы, закон равенства сил действия и противодействия). Но чем глубже ученые познавали мир вокруг, тем яснее становилось, что не все подчиняется этим догмам. Изучение квантов, самых элементарных и загадочных частиц материи и энергии, в свое время поставило приверженцев ньютоновской физики в тупик, поскольку классическая механика оказалась неприменима для этого. Так возникла необходимость в квантовой химии и квантовой физике, поскольку только используемые ими методы позволяли изучать эти таинственные частицы.

Известно, что частице необходимо обладать определенной энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер, отделяющий ее от попадания в другую точку пространства. Однако частица, хоть и с малой долей вероятности, за счет так называемого туннельного эффекта может пройти сквозь барьер без изменения энергии. Шанс, что такой переход произойдет, будет тем выше, чем мельче размер частицы и ниже температура. Коллектив российских ученых из Екатеринбурга впервые использовал это явление для насыщения натрия дейтерием.

Изотопы — разновидности ядер химических элементов, имеющих одинаковый заряд, но разную массу. Дейтерий — используемый в атомной промышленности природный изотоп водорода с одним дополнительным нейтроном в ядре. Квантовые переходы с трудом даются и обычному водороду, а в случае с более крупным дейтерием задача усложняется многократно. Когда частица водорода проходит через активное вещество, например натрий, классический энергозатратный способ преодоления энергетического барьера будет преобладать почти всегда. Однако исследователям удалось полностью избавиться от неквантовых переходов при температуре -113 ⁰C, чтобы как можно сильнее понизить внутреннюю энергию испытываемых веществ. В ходе эксперимента также была проделана работа по модификации существующей методики обращения с подобными образцами.

«Чтобы измерить конечную концентрацию вещества в бомбардируемом образце и глубину его проникновения, мы использовали метод онлайн-анализа ядерных реакций (NRAOL). Его дополнили математической моделью, описывающей соотношение количества продуктов квантовой диффузии и классической химической реакции при экстремально низких температурах», — рассказывает Евгения Выходец, доцент Уральского федерального университета.

«В этих условиях экспериментальная база данных по квантовой диффузии водорода в металлы может быть расширена только тогда, когда используются методы, которые могут обеспечить измерения коэффициентов диффузии изотопов водорода в широком классе материалов при экстремально низких температурах. Решение этой проблемы может быть очень многообещающим для квантовой химии твердых тел и теории диффузии. В этом исследовании мы нашли решение в случае дейтерия и впервые получили данные о квантовой диффузии дейтерия в металл. Мы предполагаем, что метод NRAOL применим для получения данных о туннелировании дейтерия не только через натрий, но и через другие металлы», — заметил Владимир Выходец, кандидат физико-математических наук Института физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.