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記者12月18日從蘭州大學(xué)獲悉，稀有同位素前沿科學(xué)中心的陳熙萌、李湛團(tuán)隊(duì)在二維限域調(diào)控與核能循環(huán)分離體系領(lǐng)域取得了一系列原創(chuàng)性突破。圍繞“在二維限域環(huán)境中實(shí)現(xiàn)能量調(diào)控與結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性”這一核心科學(xué)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了從氫同位素到放射性離子的統(tǒng)一二維限域調(diào)控體系。相關(guān)成果相繼發(fā)表于《物理評(píng)論X輯—能源》與《化學(xué)科學(xué)》上。

聚變能是清潔、高能量密度的未來(lái)能源，但其燃料氘、氚的高效分離與循環(huán)利用一直是技術(shù)瓶頸。同時(shí)，核裂變產(chǎn)生的高放射性廢液中含有鈾、镅等高附加值核素，分離難度極大。在復(fù)雜極端環(huán)境下實(shí)現(xiàn)同位素和離子的精準(zhǔn)分離，是核科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)難題。

研究團(tuán)隊(duì)首次利用液態(tài)金屬鎵與氧化石墨烯復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了二維納米通道的可逆動(dòng)態(tài)調(diào)控。通過(guò)光熱響應(yīng)，通道寬度可在約6.8至8.7埃米之間可逆變化，從而顯著放大輕重水分子在擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)上的差異?；谠摍C(jī)制制備的復(fù)合膜在氚水分離中表現(xiàn)出高選擇性，無(wú)需化學(xué)添加劑一級(jí)過(guò)濾即可實(shí)現(xiàn)約20%的氚去除率，為聚變?nèi)剂系牡湍芎难h(huán)提供了新方案。

此外，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出“限域氧橋聯(lián)”策略，制備出結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的二維金屬有機(jī)框架膜。該膜在強(qiáng)酸、高輻照的極端條件下仍保持穩(wěn)定，成功實(shí)現(xiàn)了鈾、镅等錒系離子與稀土離子的高精度篩分，分離因子超過(guò)500，水通量較傳統(tǒng)膜提升16.7倍，展現(xiàn)出優(yōu)異的工程應(yīng)用潛力。

“這兩項(xiàng)工作共同構(gòu)成了‘能量驅(qū)動(dòng)—結(jié)構(gòu)穩(wěn)固—多場(chǎng)協(xié)同’的二維分離科學(xué)框架，實(shí)現(xiàn)了從氫同位素到放射性離子的跨體系統(tǒng)一，為核能循環(huán)與清潔利用提供了基礎(chǔ)科學(xué)支撐?！碧m州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授李湛表示。

目前，基于該技術(shù)孵化的“常溫水同位素膜分離系統(tǒng)”已在中央企業(yè)熠星創(chuàng)新創(chuàng)意大賽中榮獲三等獎(jiǎng)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出小型化低氘水生產(chǎn)設(shè)備，可穩(wěn)定生產(chǎn)低氘水產(chǎn)品，初步實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室到工程樣機(jī)的轉(zhuǎn)化，展現(xiàn)出良好的產(chǎn)業(yè)化前景。