研究人员首次记录了液态三氯化铀(UCl3)在高温下的独特化学行为和结构。 橡树岭国家实验室
橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家似乎通过记录高温液态三氯化铀(UCl3)盐的独特化学动力学和结构，破解了下一代核反应堆潜在燃料源的密码。
这是世界上首次对先进熔盐反应堆的潜在燃料源 UCl3 进行此类研究。这一突破旨在详细了解原子在熔盐中的运动方式。
这是为未来反应堆的设计提供良好预测模型的第一步，”橡树岭国家实验室这项研究的共同负责人桑塔努·罗伊说。“更好地预测和计算微观行为的能力对于设计至关重要，可靠的数据有助于开发更好的模型。”
值得注意的是，自 20 世纪 60 年代开始研究的熔盐反应堆与传统核反应堆相比具有诸多优势。它们被认为本质上更安全、更高效，产生的放射性废物更少。
随着世界努力应对气候变化的挑战和对清洁能源的需求，熔盐反应堆作为一种潜在的解决方案重新受到关注。
意外的发现
与通常的预期相反，人们通常认为热量会导致膨胀，但熔融的 UCl3 中的铀-氯键实际上会收缩。这种出乎意料的行为挑战了传统观念，并凸显了锕系元素(如铀)在高温下的独特性质。
科学家在新闻稿中强调： “这些未来反应堆的理想系统设计依赖于对液体燃料盐行为的理解，这种理解使它们有别于使用固体二氧化铀颗粒的典型核反应堆。”
此外，液态盐内的键表现出动态振荡，在极短和令人惊讶的长之间波动。
新闻稿中解释道：“在与 SNS 光束线科学家协调制定了严格的安全预防措施和特殊防护措施后，该团队能够做以前从未有人做过的事情：测量熔融 UCl3 的化学键长，并观察其达到熔融状态时的惊人行为。”
这种原子级的编排为熔融燃料中发生的复杂相互作用提供了重要的见解。
科学家们发现 UCl3 中存在短暂的共价键。在其最紧密的键长下，典型的离子键会转变为共价键，尽管转瞬即逝。这种循环行为解释了先前研究中观察到的某些不一致现象。
中子散射研究
为了深入探究熔融 UCl3 的原子奥秘，研究团队采用了尖端计算方法和 ORNL 的散裂中子源 (SNS)。
新闻稿强调：“SNS 是世界上最亮的中子源之一，它使科学家能够进行最先进的中子散射研究，揭示材料的位置、运动和磁性细节。”
通过用中子束轰击样本并分析散射的中子，科学家可以收集有关该材料原子结构和动力学的详细信息。
作为参考，这种被称为中子散射的技术彻底改变了从制药到超导体等各个领域的材料研究。
超越核能
这项研究获得的知识对核能的未来具有深远的影响。
通过对核燃料盐行为的深入了解，科学家现在可以为先进反应堆开发更准确的预测模型和设计。
这项研究的意义不仅限于核能。对锕系元素盐基本行为的洞察还可以帮助解决核废料管理和高温处理(一种用于回收废核燃料的技术)方面的挑战。
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