美國核電技術取得突破 ,生產出安全的錒系核燃料

2020-11-26 全國能源信息平臺

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洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣布，美國人在核技術方面取得了突破。他們一改過往使用放射性的二氧化鈾作為核燃料的方法，使用一種新的「燃燒合成」工藝，生產出安全的錒系核燃料。研究結果最近發表在《無機化學》雜誌上.

洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究人員說：「在目前的發電系統中，錒系氮化物燃料可能是一種更安全、更經濟的選擇。」

「氮化物燃料也非常適合未來第四代核動力系統，該系統注重安全，並具有可持續的封閉式反應堆燃料循環，」研究人員表示，「與氧化物相比，錒系氮化物具有更好的導熱性，而且能量密度明顯更高。」

錒系氮化物燃料能量密度高，可以用更少的材料獲得更多的能量;同時其具備更好的導熱性，使得其可以在較低溫度下運行，讓生產環境更安全，在異常情況下有更大的熔毀裕度。

之前的問題是，業界尚不具備大量、高純度錒系氮化物的生產能力。錒系元素和鑭系元素都在元素周期表的底部，製造錒系元素，通常先用鑭系元素進行測試，因為它們的行為類似，但不具有放射性。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室和海軍研究實驗室的科學家發現，LnBTA{鑭系雙(四唑)胺}化合物可以通過燃燒合成的獨特技術，燃燒生成高純度的鑭系氮化物泡沫。該方法利用雷射脈衝引發脫水LnBTA配合物，然後在惰性氣氛中進行自持燃燒反應，得到納米結構的氮化鑭泡沫。這項工作是由實驗室指導的研究和發展計劃(LDRD)資助的。

LnBTA化合物易於成批製備，其燃燒容易擴展。實驗室的武器現代化和化學部門之間正在進行合作，以檢查錒系氮化物燃料燃燒合成的錒系類似物。

關於錒系核燃料的製作，中國科學家在這方面亦有成效。

早前，中科院近代物理研究所嬗變化學研究室與瑞士保羅謝勒研究所合作，使用了一種傳統溶膠凝膠方法的改進方法，在手套箱內製備包含有次錒系核素的新型核燃料小球。

所謂次錒系元素，是指乏燃料中除鈾和鈽之外的錒系元素，包括錼、鋂、鋦、鉳、鉲、鑀和鐨。

內溶膠凝膠方法是製備普通核燃料小球的最常用方法，該方法不僅需要複雜的設備，還會產生大量的二次有機放射性廢液。另外，由於次錒系核素的衰變熱效應以及輻射分解效應，傳統的內溶膠凝膠方法並不適用於在手套箱內製備包含有次錒系核素的新型核燃料小球。

科研人員搭建了用於製備包含有次錒系核素核燃料小球的實驗平臺，並成功製備了粒徑為500微米的模擬核燃料二氧化鈰(CeO2)小球。該方法有效避免了次錒系核素的α和γ射線對凝膠劑的輻射分解，以及二次有機放射性廢液的產生，該方法和實驗平臺可直接應用於ADS系統中再生核燃料小球的製備。

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