Южнокорейские ученые, используя возможности искусственного интеллекта, возможно, нашли решение одной из самых серьезных проблем атомной энергетики — нейтрализации радиоактивного йода. Исследовательская группа совершила прорыв, открыв новый высокоэффективный материал, способный улавливать изотоп йод-129, который является одним из наиболее стойких и опасных побочных продуктов ядерных процессов и представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека.
Йод-129 обладает периодом полураспада в 15,7 миллиона лет, что делает его чрезвычайно долгоживущим загрязнителем. Он отличается высокой подвижностью в окружающей среде, и его удаление из зараженной воды является общепризнанно сложной задачей.
Новаторский материал был разработан специалистами Корейского института передовых наук и технологий (KAIST) в сотрудничестве с Корейским научно-исследовательским институтом химической технологии (KRICT). Он относится к классу так называемых слоистых двойных гидроксидов (LDH). Эти соединения известны своей структурной гибкостью и способностью эффективно улавливать отрицательно заряженные частицы, такие как иодат (IO₃⁻), — форму, которую радиоактивный йод чаще всего принимает в водной среде.
Вместо того чтобы вручную тестировать тысячи возможных комбинаций материалов, что было бы крайне трудоемко и долго, команда применила машинное обучение. Ученые обучили модель на основе экспериментальных данных, полученных из 24 двойных и 96 тройных композиций, чтобы предсказать наиболее перспективные кандидаты из огромного пула металлических соединений. Исследователи исходили из того, что слоистые двойные гидроксиды, подобно высокоэнтропийным материалам, могут включать в себя широкий спектр металлов и обладают структурой, благоприятной для поглощения анионов.
Искусственный интеллект привел команду к пятерному соединению, состоящему из меди, хрома, железа и алюминия, которое получило название Cu₃(CrFeAl). Этот материал продемонстрировал более чем 90-процентную эффективность в удалении иодата из воды, значительно превзойдя традиционные абсорбенты на основе серебра, которые часто не справляются с этой задачей.
Примечательно, что для нахождения оптимального состава команде потребовалось протестировать всего около 16% от всех возможных комбинаций материалов. Это наглядно демонстрирует, как искусственный интеллект позволяет сократить время и затраты в области исследований по ядерной экологии.
По словам профессора KAIST Хо Джин Рю, данное исследование демонстрирует огромный потенциал использования искусственного интеллекта для эффективного поиска материалов для радиоактивной дезактивации среди множества новых кандидатов. Он отмечает, что это, как ожидается, ускорит разработку новых материалов, предназначенных для очистки окружающей среды от ядерных загрязнений.
В настоящее время исследовательская группа подала заявку на получение национального патента на разработанную порошковую технологию и готовит документы для международной патентной заявки. Команда также работает над повышением стабильности материала в реальных условиях эксплуатации. Ученые ищут партнеров в академической и промышленной среде для разработки порошков и фильтров, которые можно будет применять на загрязненных ядерных объектах для улавливания радиоактивного йода.
Исследование возглавил профессор Хо Джин Рю с факультета ядерной и квантовой инженерии KAIST в сотрудничестве с доктором Джухваном Но из Центра цифровой химии KRICT. Соавторами статьи, опубликованной в научном журнале Journal of Hazardous Materials, выступили выпускница факультета материаловедения и инженерии KAIST доктор Суджон Ли и доктор Но.