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科学家在核研究中取得重大突破

时间：2022-03-24 12:16:30 来源：

诺丁汉大学化学学院的斯蒂芬·里德尔（Stephen Liddle）博士领导的一个团队似乎是第一个创建稳定版本的铀奖杯分子的人，该化合物数十年来一直被科学家所忽视。

该研究论文已发表在《科学》杂志上。诺丁汉化学小组的研究表明，他们可以制备一种末端（完整分子，如果可以简化的话）的氮化铀化合物，该化合物在室温下稳定，可以结晶或粉末形式储存在广口瓶中。

以前制备铀-氮三键的尝试要求温度低至5开尔文（-268摄氏度或–450摄氏度）–大约是星际空间的温度，难以达到，使用和操作，需要专门的设备和技术。

这一突破应该对核能工业的未来产生重要影响-氮化铀材料可能会为反应堆中目前使用的混合氧化物核燃料提供可行的替代方案。氮化物化合物具有优异的高密度，熔点和热导率，诺丁汉大学的科学家用来制造该化合物的工艺可以提供比目前使用的方法更清洁，更低温的燃料生产工艺。

通常，通过在高温和高压下将二氮或氨与铀混合来制备氮化铀。但是制备中使用的苛刻的反应条件将难以去除的杂质引入到化合物中。这鼓励了科学家将注意力集中在使用低温分子方法上。到现在为止，所有先前的尝试都导致了氮化物而不是目标末端的桥接。

诺丁汉大学的方法是由博士生David King完成的大部分实际工作，涉及使用非常庞大的氮配体（与金属结合的有机分子）包裹铀中心并在其中形成氮化氮的保护袋可以坐在合成过程中，由于存在弱键合的钠阳离子（带正电的离子），氮化物得以稳定，这会阻止氮化物与任何其他元素发生反应。在最后阶段，将钠温和地除去，将其从结构中除去，并留下最终的，稳定的氮化铀三键。

Liddle博士简化了解释：“这项工作的美丽在于其简单性-通过用非常庞大的支持配体封装氮化铀，在钠合成过程中稳定氮化物，然后在温和的条件下隔离钠最后一次隔离了末端氮化铀键。”

Liddle增加了另一个重要特征，应该有助于鼓励采用该方法，“进行这项工作的主要动机是帮助我们了解铀化学键合中共价键的性质和程度。从根本上讲，这是有趣且重要的，因为它可以帮助提取和分离核废料中2％至3％的高放射性物质。”

新的氮化铀化合物包含一个未配对的电子，该电子通过EPR光谱法发现，其行为与在诺丁汉制备的类似化合物不同。曼彻斯特大学的Eric McInnes教授用“ EPR光谱学可以提供有关未配对电子的局部环境的详细信息，并且可以用来了解这种新氮化物中铀离子的电子结构。事实证明，新的氮化物的行为与某些其他类似材料不同，这可能对act系化学具有重要意义，implications化学在核燃料循环中具有至关重要的技术和环境重要性。”

不利的一面是，新的燃料生产过程将需要数年的监管审查。还是。.高密度提供了较小的能量密集型燃料，可以为全尺寸反应堆和即将到来的小型甚至微型反应堆提供物理尺寸减小的燃料。更高的熔点提供了更高的安全性，从而使人们普遍担心的“熔化”变得不再可能。较高的热导率使工程设计具有更快的热运动，在操作和安全性方面具有优势，因为较小的更快冷却的燃料组件将节省时间，需要大量的精力来处理反应堆。

进一步的研究很可能会对废燃料的危害产生重大影响。如果里德尔（Liddle）是正确的，并且研究工作能够提取出2-3％的最具放射性的act系元素，那么它将非常有用–因为放射性物质都可以进行再处理，并且可以回收利用可用的铀–从更少的铀中获取更多的能量–很好事情。

但是，如果诺丁汉的发现是商业化的，那么受到监管和批准的工程技术将面临挑战，这将为美国和其他基于歇斯底里的监管机构提供延缓和延缓进展的机会。

数十年来，等待这个消息。可以合理预期的是，直到行业，消费者和环保主义者获得利益之前，还将持续数年。

对公民和消费者来说，迅速踢向监管机构是明智的。英国人值得祝贺，并感谢数十年来的重大改进。

让我们不要错过把这个新闻付诸实践的机会。

通过。布莱恩·韦斯滕豪斯

资源：核大突破

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