Международная исследовательская группа, работающая в Китае, создала микроскопический материал, ведущий себя подобно хищнику: он самостоятельно плавает в воде, выслеживая и захватывая ионы урана. Это открытие способно изменить подходы к добыче ядерного топлива и очистке воды от радиоактивного загрязнения, пишет South China Morning Post. 

Микромотор, который охотится

Материал — микромотор на основе металл-органического каркаса (МОК), работающий от света, — был разработан в Цинхайском институте соляных озер Китайской академии наук и принят к публикации 24 марта рецензируемым журналом Nano Research. Губкообразные частицы имеют диаметр всего 2 микрометра — значительно тоньше человеческого волоса — и созданы для длительной стабильной работы в воде.

При воздействии небольшого количества перекиси водорода частицы создают тягу и движутся в воде со скоростью около 7 микрометров в секунду. Под воздействием света скорость почти удваивается, обеспечивая моторам дополнительный импульс от солнечной энергии. В лабораторных испытаниях они поглощали до 406 миллиграммов урана на грамм материала, после чего переводили его в стабильную минерализованную форму для более удобного извлечения и хранения.

«Работая от света, он способен двигаться самостоятельно, что делает этот подход более энергоэффективным и экологичным по сравнению с традиционными неподвижными материалами», — рассказал ведущий учёный Юнцюань Чжоу изданию South China Morning Post.

Динамика «хищник — жертва» в микромасштабе

В ходе контролируемых экспериментов исследователи наблюдали эмерджентное поведение, напоминающее биологическую динамику взаимодействия хищника и жертвы. При объединении активных микромоторов с пассивными коллоидными частицами система демонстрировала паттерны, схожие с охотой, уходом от преследования и скоординированным движением, — изменяясь в зависимости от концентрации топлива. Значительная часть экспериментальной работы была выполнена Икрамом Мухаммадом, членом исследовательской группы.

По словам Чжоу, концепция может выйти за рамки урана и найти применение в извлечении других стратегически важных элементов, таких как рубидий и цезий.

Стратегический контекст и нерешенные задачи

Исследование появилось в то время, когда Китай стремительно наращивает атомный энергетический потенциал, оставаясь при этом в значительной мере зависимым от импортного урана. По оценкам, в водах мирового океана растворено около 4,5 миллиарда тонн урана, однако его крайне низкая концентрация — порядка 0,003 частей на миллион — долгое время делала добычу нерентабельной. В начале этого года связанные с государством китайские ядерные организации объявили об извлечении урана из морской воды в масштабе нескольких килограммов с помощью офшорной платформы в Южно-Китайском море, что стало очередным шагом в рамках масштабного курса страны на получение ядерного топлива из океана.

Чжоу подчеркнул, что технология микромоторов находится на начальном этапе развития. Среды с высоким содержанием соли, в частности соленые озера, пока снижают эффективность системы, а для ее практического применения потребуется дальнейшая инженерная доработка.