ℹ️
Технеций – один из многих долгоживущих продуктов деления урана, радиоактивный отход работы атомного реактора, которого образуется в год примерно 1 кг на тонну облучённого урана. Главная его опасность – высокая растворимость соединений технеция, которые способны мигрировать в окружающей среде. Учёные всего мира ищут пути, как ограничить их распространение, иммобилизировав в нерастворимой матрице, например, из карбида технеция (Тс-С). Далее в реакторе технеций может быть трансмутирован в стабильный рутений.☢️ Карбид урана рассматривается как перспективное ядерное топливо следующего поколения, поэтому карбиды технеция будут неизбежно образовываться в реакторах. Понимание их структуры и условий их стабильности необходимо, чтобы обеспечить безопасный и устойчивый ядерный топливный цикл.
Ранее проведённые эксперименты показали, что при температуре 900 °С атомы углерода встраиваются в кристаллическую решётку из атомов технеция, образуя единую, однородную структуру (твёрдый раствор). Атомы углерода располагаются в технециевой решётке стохастически; дальний порядок в их расположении отсутствует. Отмечено два вида решёток – гексагональная при низком содержании углерода (до 1 %) и кубическая при содержании углерода от 1,4 % до 9 %.
🧮 Однако модельные расчёты, проведённые для температуры 0 К с использованием эволюционных алгоритмов, показали, что образуются строго упорядоченные кристаллы, например, Tc6C.
💬«Возникло противоречие между теорией и экспериментом, – отметил зав. лабораторией химии технеция #ИФХЭ РАН д.х.н. Константин Эдуардович Герман. – Численное моделирование при абсолютном нуле указывало на упорядоченность, а эксперименты свидетельствовали о неупорядоченных твёрдых растворах».
🤖🧑💻 В результате применения нейросетей (архитектуры NequIP и Allegro, причём наилучший результат показала модель Allegro, предсказания которой оказались сопоставимы по точности с квантово-механическими расчётами) авторы выяснили, что экспериментально наблюдаемые твёрдые растворы — это те же структуры, которые при 0 К являются упорядоченными.
💬«
При низких температурах для системы выгодно создавать идеально упорядоченные решётки Tc
6
C, но при высоких температурах атомам углерода термодинамически выгоднее находиться в решётке на случайных позициях, образуя твёрдый раствор. Именно эти структуры видят экспериментаторы
», – отметил
Константин Эдуардович Герман
.
Исследователи построили уточнённую фазовую диаграмму, которая показывает, при каких температурах и концентрациях углерода какой твёрдый раствор (фаза) образуется и где разные фазы сосуществуют. Также они обнаружили новые упорядоченные структуры, например, Tc32C6 или Tc32C8, которые предшествуют появлению «высокотемпературных» фаз.
Работа опубликована в журнале 📕
Acta Materialia, 2026, 303, 121704.
🔗 Подробнее на нашем сайте.
#ИФХЭ новости