Ny kemisk proces et første skridt til fremstilling af nukleart brændsel med ild

Udvikling af sikre og bæredygtige brændstoffer til atomenergi er en integreret del af Los Alamos National Laboratorys energisikkerhedsmission. Urandioxid, et radioaktivt actinidoxid, er det mest udbredte nukleare brændsel i nutidens atomkraftværker. En ny "forbrændingssynteseproces", der for nylig blev etableret for lanthanidmetaller-ikke-radioaktive og placeret en række over actinider på det periodiske system-kunne være en vejledning til fremstilling af sikre, bæredygtige nukleare brændstoffer.

"Actinid-nitrid-brændstoffer er potentielt en sikrere og mere økonomisk mulighed i nuværende el-genererende systemer, " sagde Bi Nguyen, Los Alamos National Laboratory Agnew postdoc og hovedforfatter af forskning for nylig offentliggjort i tidsskriftet Uorganisk kemi , som blev valgt som en udvalgt artikel fra American Chemical Society Editors' Choice.

"Nitridbrændstoffer er også velegnede til fremtidige Generation IV-atomkraftsystemer, der fokuserer på sikkerhed, og har en bæredygtig lukket reaktorbrændstofcyklus. Actinidnitrider har overlegen varmeledningsevne i forhold til oxiderne og er betydeligt mere energitætte, " sagde Nguyen. Nitrider er en klasse af kemiske forbindelser, der indeholder nitrogen, kontra oxider, som indeholder ilt.

Actinid nitrid brændstoffer ville give mere sikkerhed og bæredygtighed på grund af deres energitæthed, tilbyde mere energi fra mindre materiale, samt bedre termisk ledningsevne - hvilket muliggør lavere temperaturoperationer, giver dem en større margin for nedsmeltning under unormale forhold.

Actinid nitrider, imidlertid, er meget udfordrende at fremstille, og produktionen af ​​store mængder aktinidnitrider med høj renhed er fortsat en væsentlig hindring for deres anvendelse. Både aktinider og lanthanider er i bunden af ​​det periodiske system, og potentielle metoder til fremstilling af aktinider testes typisk først med lanthaniderne, fordi de opfører sig ens, men er ikke radioaktive.

Forskere fra Los Alamos National Laboratory og Naval Research Laboratory opdagede, at LnBTA [lanthanidbis(tetrazolato)amin]-forbindelser kan brændes for at producere højrent lanthanidnitridskum i en unik teknik kaldet forbrændingssyntese. Denne metode bruger en laserpuls til at initiere dehydrerede LnBTA-komplekser, som derefter gennemgår en selvopretholdt forbrændingsreaktion i en inert atmosfære for at give nanostrukturerede lanthanidnitridskum. Dette arbejde blev finansieret af Laboratory Directed Research and Development (LDRD) -programmet.

LnBTA-forbindelser fremstilles let i bulk, og deres forbrænding er let skalerbar. Der er et løbende samarbejde mellem Laboratoriets Våbenmoderniserings- og Kemi-afdelinger for at undersøge aktinidanaloger til forbrændingssyntese af aktinidnitridbrændstoffer.