السلوك الكمي النادر الموجود في البلوتونيوم يمكن أن يحسن التكنولوجيا النووية المستقبلية
اكتشف العلماء في مختبر أيداهو الوطني (INL) في الولايات المتحدة خاصية كمية نادرة، وهي حالة كوندو العازلة الطوبولوجية، في مركب البلوتونيوم. يعد الاكتشاف في سداسي بوريد البلوتونيوم (PuB6) مهمًا لأن المعدن الثقيل تمت دراسته على نطاق واسع واستخدامه في العمليات الصناعية، ومع ذلك ظلت هذه الخاصية غير مستكشفة. تم عزل البلوتونيوم لأول مرة في الأربعينيات من قبل باحثين في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وقد تم استخدامه على نطاق واسع لبناء الترسانات النووية من قبل العديد من البلدان. يتم إنتاج المعدن الثقيل أيضًا في المفاعلات النووية ويمكن إعادة تدويره كوقود. لقد درس العلماء المعدن على نطاق واسع لأكثر من 80 عامًا، لكن خصائصه الكمية ظلت مجهولة. ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن البلوتونيوم هو معدن الأكتينيد، وهو أمر يصعب دراسته بشكل كبير. يتم تحديد الخصائص الحرجة مثل المغناطيسية والتوصيل بواسطة إلكترونات هذه الذرات. يصعب التعامل مع مركبات البلوتونيوم وقياسها، ويحتاج المرء إلى مرافق متخصصة للغاية، مثل تلك الموجودة في مختبر INL، لدراستها. الخاصية الكمومية في البلوتونيوم تسمى الخاصية الكمومية الموجودة في سداسي بوريد البلوتونيوم بحالة كوندو العازلة الطوبولوجية. تحت الاسم الذي يبدو معقدًا، فإن الخاصية الكمومية سهلة الفهم إلى حد كبير. المواد إما موصلة جيدة للكهرباء أو موصلة سيئة للكهرباء. إما أنها تسمح لها بالتدفق أو لا تسمح بذلك. يمكن للعوازل الطوبولوجية أن تقوم بالأمرين معًا: توصيل الكهرباء وكذلك منع تدفقها. يمنع الجزء الداخلي من العازل الطوبولوجي تدفق الإلكترونات، بينما تسمح الأسطح الخارجية لها بالتدفق بحرية. الموصلية السطحية للعوازل قوية جدًا ولا يمكن أن تتعطل بسبب الشوائب أو العيوب الجسدية. إن حالة كوندو العازلة هي تأثير كمي محدد تتفاعل فيه الإلكترونات داخل المادة بقوة شديدة بحيث تؤدي إلى ظهور سلوكيات جماعية جديدة. أعطى سداسي بوريد البلوتونيوم للباحثين في INL فرصة نادرة لمعرفة كيفية حدوث هذه التفاعلات. لماذا البحث عن البلوتونيوم؟ وقال شوشيانغ تشو، الباحث في INL، في بيان صحفي: “حساباتنا تلتقط الخصائص الإلكترونية والهيكلية الأساسية لسداسي بوريد البلوتونيوم”. “إنها توفر دعمًا قويًا لطبيعتها الطوبولوجية وتوفر مسارًا فعالاً لدراسة مواد الأكتينيدات المماثلة.” إن فهم كيفية ظهور الحالات الكمومية الطوبولوجية في المواد الأكتينيدية سيساعد الباحثين على محاكاة السلوك النووي المعقد، مما يمهد الطريق لتقنيات ومواد جديدة غير موجودة الآن. بدلًا من مجرد إجراء قياسات للخصائص في PuB6، تعاون باحثو INL مع الباحثين في جامعة كولومبيا لفهم ما كان يحدث على المستوى الكمي داخل المركب. وكان هذا مهمًا لأن المركب له تطبيقات عملية في العلوم النووية وفيزياء الكم. إن معرفة كيفية عمل المركب يمكن أن تساعد في الحفاظ على سلامة المفاعلات مع إطالة عمر المواد النووية المستخدمة. يمكن أن يساعد فهم الجوانب الكمومية للبلوتونيوم في تطوير تطبيقات مثل الاستشعار والحوسبة، والتي يمكن أن تعيد تشكيل كيفية نمذجة الأنظمة والمواد النووية. يوضح البحث أيضًا دور المختبرات مثل INL، التي تمتلك مرافق لتصميم وتصنيع ودراسة المواد الكمومية المعتمدة على البلوتونيوم. وأضاف دانييل موراي، الباحث في INL الذي شارك في العمل: “إن INL هو المرفق الوحيد الذي يتمتع بالخبرة والبنية التحتية لإجراء هذا النوع من الأبحاث بكفاءة وأمان على مواد ما بعد اليورانيوم”.
تم النشر: 2026-06-30 14:48:00
