حالة نادرة من البلوتونيوم يمكنها تحسين المفاعلات النووية التي اكتشفها باحثون أمريكيون
قام فريق بحث في مختبر أيداهو الوطني (INL) مؤخرًا بتوثيق السلوك الإلكتروني لمركب معين من البلوتونيوم، مما أدى إلى تحويل تركيز أبحاث الأكتينيدات الحديثة نحو ميكانيكا الكم. وفقًا لبحثهم المنشور، يعمل مركب سداسي بوريد البلوتونيوم (PuB6) كعازل كوندو طوبولوجي. وقال Krzysztof Gofryk، عالم INL، الذي قاد الدراسة: “يمنحنا سداسي بوريد البلوتونيوم فرصة نادرة لمعرفة مدى عمل الارتباطات القوية والطوبولوجيا معًا في مواد الأكتينيدات”. توفر هذه الحالة الذرية الدقيقة بيانات هيكلية بديلة لعنصر قاوم تاريخيًا التصنيف الفيزيائي الكامل منذ تركيبه الأولي قبل ستة وثمانين عامًا. إعطاء الفيزيائيين خطًا أساسيًا خاضعًا للرقابة بينما يظل البلوتونيوم مكونًا أساسيًا في أطر الأمن النووي ودورات وقود المفاعلات التجارية، فقد ثبت باستمرار أن ديناميكيات الإلكترون الداخلية الخاصة به يصعب رسم خريطة لها. الحالة التي لوحظت في مركب PuB6 تمنح الفيزيائيين خطًا أساسيًا خاضعًا للرقابة لدراسة الفيزياء الأساسية التي تحكم أثقل العناصر في الجدول الدوري. يشير تصنيف PuB6 كعازل كوندو طوبولوجي إلى الابتعاد عن السلوكيات الكهربائية القياسية. يتم تصنيف المواد القياسية حسب قدرتها على نقل التيار الكهربائي أو مقاومته بالكامل. تعمل العوازل الطوبولوجية على تغيير هذا التوزيع من خلال العمل كحواجز أمام الكهرباء داخل قلبها الأكبر مع الحفاظ على مسارات موصلة مفتوحة على طول محيطها الخارجي. وقال الباحثون في بيان صحفي: “إن الموصلية السطحية للعوازل الطوبولوجية قوية بشكل غير عادي، ولا يمكن تعطيلها بسهولة بسبب الشوائب أو العيوب الجسدية”. تحديد ظاهرة كمومية محددة يحدد مصطلح “كوندو” ظاهرة كمومية محددة حيث تواجه الإلكترونات الفردية تنافرًا متبادلًا قويًا. هذه التفاعلات قريبة المدى تجعل الجسيمات تعمل بشكل جماعي وليس كوحدات مستقلة، مما يولد خصائص فيزيائية لا يمكن استقراءها من خلال النظر إلى ذرات مفردة معزولة. وأضاف الباحثون: “البلوتونيوم مثال صارخ”. “إنها تحتوي على إلكترونات 5f، وهي عرضة بشكل خاص لهذه التفاعلات المكثفة، مما يجعلها واحدة من أكثر المواد المعروفة دراماتيكية وتعقيدًا.” ومن خلال اختبار مركب سداسي البوريد، سجل فريق المختبر كيفية تنسيق هذه الارتباطات الإلكترونية القوية مع الحدود الهندسية لسطح المادة. ونظرًا لأن عناصر الأكتينيدات شديدة الإشعاع، فإن التجارب الفيزيائية تتطلب بروتوكولات أمان متخصصة. استخدم المختبر شعاعًا أيونيًا مركَّزًا بالبلازما لعزل الأجزاء المجهرية من مركب البلوتونيوم، مما يسمح للباحثين بوضع المادة في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة للغاية. يؤدي تقليل الطاقة الحرارية إلى إزالة الاهتزازات الذرية المحيطة، مما يسمح للفريق بقياس ميكانيكا الكم النقية دون تدخل حراري. التحقق من صحة المقاييس “تسمح لنا تقنيات التحضير المتقدمة هذه بدراسة البلوتونيوم في درجات حرارة منخفضة للغاية”، أوضح دانييل موراي، الباحث في INL. وللتحقق من صحة المقاييس، عمل الباحثون جنبًا إلى جنب مع علماء الفيزياء النظرية في جامعة كولومبيا، حيث قاموا بمطابقة القياسات الفيزيائية مع نماذج الكمبيوتر الرقمية. توفر التيارات المرنة الموجودة على سطح المواد الطوبولوجية مسارًا محتملاً لبناء وحدات معالجة مستقرة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية وتطوير أجهزة استشعار مغناطيسية عالية الدقة. وخلص البيان الصحفي إلى أنه “على الجانب الكمي، فإن البحث له تطبيقات محتملة في الحوسبة الكمومية والاستشعار المتقدم والتقنيات الرائدة التي يمكن أن تعيد تشكيل كيفية قيام الباحثين بنمذجة الأنظمة والمواد النووية بشكل أساسي”.
تم النشر: 2026-06-07 13:00:00
