新型化学工艺是用火制造核燃料的第一步

时间：2022-06-01 10:50:47来源：

为核能开发安全和可持续的燃料是洛斯阿拉莫斯国家实验室能源安全使命的一个组成部分。二氧化铀是一种放射性锕系氧化物，是当今核电站中使用最广泛的核燃料。最近为镧系金属建立的一种新的“燃烧合成”工艺——无放射性，位于元素周期表中锕系元素上方的一行——可以作为生产安全、可持续核燃料的指南。

“锕系氮化物燃料在当前发电系统中可能是一种更安全、更经济的选择，”洛斯阿拉莫斯国家实验室 Agnew 博士后和最近发表在《无机化学》杂志上的研究的主要作者 Bi Nguyen 说，该杂志被选为美国化学社会编辑选择精选文章。

“氮化物燃料也非常适合未来的第四代核电系统，该系统注重安全性，并具有可持续的封闭反应堆燃料循环。与氧化物相比，锕系氮化物具有出色的导热性，并且能量密度明显更高，”Nguyen 说。氮化物是一类含有氮的化合物，而氧化物则是含有氧的化合物。

锕系氮化物燃料将提供更高的安全性和可持续性，因为它们的能量密度，从更少的材料中提供更多的能量，以及更好的导热性——允许更低的温度操作，给它们在异常条件下更大的熔化余地。

然而，锕系氮化物的制造非常具有挑战性，大量高纯度锕系氮化物的生产仍然是其应用的主要障碍。锕系元素和镧系元素都位于元素周期表的底部，制造锕系元素材料的潜在方法通常首先用镧系元素进行测试，因为它们的行为相似，但没有放射性。

洛斯阿拉莫斯国家实验室和海军研究实验室的科学家们发现，LnBTA [镧系元素双(四唑)胺] 化合物可以通过一种称为燃烧合成的独特技术燃烧产生高纯度的镧系元素氮化物泡沫。该方法使用激光脉冲引发脱水的 LnBTA 配合物，然后在惰性气氛中进行自持燃烧反应，产生纳米结构的镧系元素氮化物泡沫。这项工作由实验室指导研究与开发 (LDRD) 计划资助。

LnBTA 化合物很容易批量制备，并且它们的燃烧很容易扩展。实验室的武器现代化和化学部门之间正在进行合作，以检查用于燃烧合成锕系氮化物燃料的锕系类似物。

标签：火制造核燃料/