Появляясь по собственной природе Коммуникации, работа – сотрудничество между компьютерными средствами и экспериментаторами моделирования, исследуя особенности материалов, известных как железны-органические структуры.«Это – хороший пример вдохновленного компьютером значительного открытия», сообщил материаловед Правин Таллэпалли из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории Министерства энергетики. «В большинстве случаев результаты опыта более реалистичны, чем вычислительные. В этом случае компьютерное моделирование продемонстрировало нам что-то, что опыты не говорили нам».
Ненужное предотвращениеПереработка ядерного горючего может опять применять плутоний и уран – большая часть применяемого горючего – что был бы в противном случае рекомендован для отходов.
Исследователи исследуют разработке, каковые разрешают надёжную, действенную, и надежную переработку ядерного горючего для применения в будущем.Мультиустановленное, интернациональное сотрудничество изучает материалы, дабы заменить дорогостоящие, неэффективные шаги переработки. Один ответственный ход собирает радиоактивный ксенон газов и криптон, каковые появляются на протяжении переработки. Дабы захватить криптон и ксенон, простые разработки применяют криогенные способы, в которых все газовые потоки принесены к температуре на большом растоянии ниже, где вода замораживается – такие способы – энергия, интенсивная и дорогая.
Thallapally, трудящийся с Мацеем Харанчиком и Берендом Смитом из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и другими, изучал материалы, названные железны-органическими структурами, кроме этого известными как минфина, каковые имели возможность возможно заманить в ловушку криптон и ксенон, не имея необходимость применять криогенику.У этих материалов имеется маленькие поры внутри, столь мелкий, что довольно часто лишь единственная молекула может соответствовать в каждой поре.
В то время, когда у одной газовой разновидности имеется более высокое влечение к стенкам поры, чем другие газовые разновидности, железны-органические структуры смогут употребляться, дабы отделить газообразные смеси, выборочно адсорбируя.Дабы отыскать лучшее минфин для криптона и разделения ксенона, вычислительные химики во главе с Haranczyk и Smit удостоверились в надежности 125 000 вероятных министерств финансов на собственную свойство заманить газы в ловушку. Не смотря на то, что эти газы смогут существовать радиоактивных вариантов, они – часть группы химически инертных элементов, названных «добропорядочные газы».
Команда применяла вычислительные ресурсы в NERSC, Национальное энергетическое Изучение Научный Вычислительный центр, Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства на LBNL.«Идентификация оптимального материала для данного процесса, из тысяч вероятных структур, есть проблемой из-за чистого количества материалов.
Учитывая, что черта каждого материала может занять до нескольких часов моделирований, целый процесс показа может заполнить суперкомпьютер в течение многих недель», сообщил Харанчик. «Вместо этого Мы развивали подход, дабы оценить выполнение материалов на базе их легко вычислимых изюминок. В этом случае семь разных изюминок были нужны для предсказания, как материалы вели себя, и заявление студента градиента отечественной команды Кори Саймона способов машинного обучения существенно ускорило значительный процесс открытия, устранив тех, каковые не соответствовали параметрам».
Модели команды выяснили минфин, которое заманило ксенон в ловушку самый выборочно и имело размер поры близко к размеру атома ксенона – SBMOF-1, что они тогда удостоверились в надежности в лаборатории в PNNL.По окончании оптимизации подготовки SBMOF-1 Thallapally и его команда в PNNL удостоверились в надежности материал, руководя смесью газов через него – включая нерадиоактивную форму криптона и ксенона – и измеряя то, что вышло второй финиш. Кислород, гелий, азот, углекислый газ и криптон все сбивали ксенон.
Это указало, что ксенон делается пойманным в ловушку в порах SBMOF-1, до тех пор пока газ не насыщает материал.Другие тесты кроме этого продемонстрировали, что в отсутствие ксенона, SBMOF-1 захватывает криптон. На протяжении фактических разделений, тогда, операторы прошли бы газовые потоки через SBMOF-1 два раза, дабы захватить оба газа.Команда кроме этого проверила свойство SBMOF-1 висеть на ксенон в условиях высокой влажности.
Влажность вмешивается в криогенику, и газы должны быть обезвожены прежде, чем совершить их через ультрахолодный способ, второй отнимающий большое количество времени расход. SBMOF-1, но, выступил в полной мере превосходно, сдерживающие больше чем 85 процентов количества ксенона в высокой влажности, как это сделало в сухих условиях.Последний ход в планирующем газе ксенона либо криптона должен был бы подвергнуть материал минфина вакууму, что сосет газ из молекулярных клеток для надёжного хранения.
Последнее лабораторное опробование изучило, как стабильный материал был, много раз заполняя его ксеноновым газом и после этого пылесося ксенон. По окончании 10 циклов этого SBMOF-1 собрал такой же ксенон как первый цикл, указав на высокую степень стабильности для долговременного применения.Thallapally приписывает эту стабильность методу, которым SBMOF-1 взаимодействует с ксеноном.
Вместо химических реакций между газами и молекулярными клетками, отношения чисто физические. Материал может продлиться намного продолжительнее, неизменно не проходя химические реакции, сообщил он.
Примерное открытиеХотя исследователи продемонстрировали, что SBMOF-1 – хороший кандидат на переработку ядерного горючего, получение этих результатов не было ровным плаванием.
В лаборатории исследователи следовали, ранее создал протокол из Каменного Университета Ручья, дабы подготовить SBMOF-1. Часть того протокола требует, дабы они «активировали» SBMOF-1, нагрев его до 300 градусов Цельсия, три раза температура кипящей воды.Активация вычищает материал, покинутый в порах от синтеза минфина.
Лабораторные опробования активированного SBMOF-1, но, продемонстрировали, что материал не вел себя, и это должно, на базе компьютерных результатов моделирования.Исследователи в PNNL повторили опыты лаборатории. В этом случае, но, они активировали SBMOF-1 при более низкой температуре, 100 градусов Цельсия, либо фактической температуре кипящей воды. Подвергая материал тем же самым тестам лаборатории, исследователи нашли SBMOF-1, ведущий себя как ожидалось, и лучше, чем при более большой температуре активации.
Но из-за чего? Дабы узнать, куда несоответствие прибыло из, исследователи смоделировали то, что случилось с SBMOF-1 на уровне 300 градусов Цельсия.
Нежданно, поры протиснулись на себе.«В то время, когда мы нагрели кристалл, что высоко, атомы в поре наклонили и частично заблокировали поры», сообщил Таллэпалли. «Ксенон не соответствует».
Вооруженный этим новым вычислительным и экспериментальным пониманием, исследователи смогут изучить SBMOF-1 и другие минфина потом для переработки ядерного горючего. Эти минфина имели возможность бы кроме этого быть в состоянии захватить другие добропорядочные газы, такие как радон, газ, что, как мы знаем, объединил в некоторых подвалах.