Ученые исследовали новые способы безопасного обращения с радиоактивными отходами атомной энергетики. Работа сосредоточена на технеции-99 — долгоживущем изотопе, образующемся при делении ядер урана и плутония. Его особенность — способность к миграции в окружающей среде, что требует поиска надежных методов фиксации.
В исследовании рассмотрен метод иммобилизации технеция-99 путем создания стабильных соединений с углеродом (карбидов) в специальной матрице. Эти материалы могут служить не только для безопасного хранения, но и для дальнейшей трансмутации (превращения) опасного изотопа в стабильный рутений-100. Полученный рутений потенциально пригоден для применения в промышленности, например в микроэлектронике или катализе.
Коллектив исследователей из Сколтеха, Института AIRI, Сбербанка, РХТУ и ИФХЭ РАН для решения задачи использовал методы машинного обучения. Была разработана модель, предсказывающая стабильность различных кристаллических структур в системе технеций-углерод. На основе ее расчетов построена фазовая диаграмма, которая показывает, при каких температурах и концентрациях углерода образуются наиболее устойчивые соединения. Эта диаграмма служит руководством для экспериментаторов по выбору условий синтеза.
Прямые эксперименты с радиоактивным технецием сложны и ограничены. Для преодоления этого и ускорения расчетов ученые применили гибридный подход. Сначала небольшое количество структур было рассчитано с высокой точностью стандартными методами. Затем на этих данных обучили нейросетевую модель, которая быстро проанализировала сотни тысяч возможных атомных конфигураций. Этот подход позволил с высокой достоверностью выявить наиболее стабильные варианты, включая редкие структуры.
Полученные результаты демонстрируют эффективность подхода, сочетающего машинное обучение с фундаментальными расчетами. Он позволяет системно и быстро исследовать материалы, перспективные для решения задач в области ядерной энергетики и обращения с радиоактивными отходами.