Завдяки штучному інтелекту вчені, можливо, нарешті знайшли рішення для боротьби з радіоактивним йодом, однією з найстійкіших загроз ядерної енергетики. Дослідницька група в Південній Кореї використала штучний інтелект для відкриття нового потужного матеріалу, здатного затримувати радіоактивний йод, зокрема ізотоп I-129, один з найстійкіших і найнебезпечніших побічних продуктів ядерної енергії, що становить серйозну загрозу для навколишнього середовища та здоров’я.
З періодом напіврозпаду 15,7 мільйона років, I-129 є дуже рухливим у навколишньому середовищі та, як відомо, його важко видалити із забрудненої води. Розроблений дослідниками з Корейського передового інституту науки і технологій (KAIST) у співпраці з Корейським дослідницьким інститутом хімічних технологій (KRICT), проривний матеріал належить до класу під назвою шаруваті подвійні гідроксиди (LDH). Ці сполуки відомі своєю структурною гнучкістю та здатністю утримувати негативно заряджені частинки, такі як йодат (IO₃⁻), форму, яку радіоактивний йод найчастіше приймає у водних середовищах.
Штучний інтелект звужує вибір варіантів
Замість того, щоб вручну тестувати тисячі комбінацій ЛДГ, що було б важко знайти за допомогою звичайних експериментів методом спроб і помилок, команда звернулася до машинного навчання, щоб визначити оптимальні адсорбенти йодату. Починаючи з експериментальних даних 24 бінарних та 96 потрійних композицій, вони навчили модель для прогнозування найперспективніших кандидатів з величезного пулу комбінацій металів.
Команда зосередилася на тому факті, що ЛДГ, як і матеріали з високою ентропією, можуть включати широкий спектр металевих складів і мати структури, сприятливі для адсорбції аніонів. Модель штучного інтелекту допомогла дослідникам знайти п’ятикомпонентну сполуку, що складається з міді, хрому, заліза та алюмінію, яка отримала назву Cu₃(CrFeAl). Цей матеріал продемонстрував понад 90-відсоткову ефективність у видаленні йодату з води, перевершуючи традиційні абсорбенти на основі срібла, які часто не можуть ефективно уловлювати йодат.
Мала вибірка, великий стрибок
Примітно, що команді потрібно було протестувати лише близько 16 відсотків усіх можливих комбінацій матеріалів, щоб знайти оптимальну, що демонструє силу штучного інтелекту у скороченні як часу, так і витрат на дослідження ядерного довкілля.
«Це дослідження демонструє потенціал використання штучного інтелекту для ефективної ідентифікації радіоактивних матеріалів для дезактивації з величезного пулу нових матеріалів-кандидатів», – сказав професор KAIST Хо Джін Рю. «Очікується, що це прискорить дослідження з розробки нових матеріалів для очищення ядерного довкілля».
Дослідницька група подала заявку на вітчизняний патент на розроблену порошкову технологію та наразі веде роботу над міжнародною патентною заявкою. Вони також працюють над покращенням стабільності матеріалу в реальних умовах. Зараз команда шукає академічних та промислових партнерів для розробки порошків, що поглинають йод, та фільтрів для води, які можна використовувати на забруднених ядерних об’єктах для уловлювання радіоактивного йоду.
Дослідження очолив професор Хо Джін Рю з кафедри ядерної та квантової інженерії KAIST у співпраці з доктором Джухваном Но з Науково-дослідного центру цифрової хімії KRICT. Доктор Суджон Лі, випускник кафедри матеріалознавства та інженерії KAIST, та доктор Нох були вказані як співавтори перших авторів статті.