美二氧化钚极高温行为研究取得突破

美国阿贡国家实验室(ANL)研究人员近期在核燃料研究领域取得了重大突破，成功揭示了二氧化钚在极高温下的行为。相关研究成果已发表于2024年4月的《自然材料》杂志，为未来核能系统的安全设计提供了关键数据。

研究团队采用创新方法，首先将微小的二氧化钚样品悬浮在气流中，然后用激光将样品加热至2700摄氏度(3000开尔文)的极高温度。这种方法避免了样品容器可能造成的污染，使研究人员能够精确测量熔融状态下的二氧化钚结构。样品最初呈现哑光灰色;加热后呈闪亮黑色。在不同温度用不同气流加热样品揭示了不同气氛中熔体的挥发性及其结构变化。

实验结果揭示了液态二氧化钚的结构特征，证实了其中存在共价键。研究还发现，液态二氧化钚结构与二氧化铈相似，这为使用非放射性材料开展相关研究提供了可能。

此外，研究团队利用获得的数据，结合超级计算机和机器学习技术，成功以量子力学精度模拟了二氧化钚中的电子行为。这一突破为深入理解核燃料材料的性质开辟了新途径。阿贡国家实验室研究人员表示，该研究不仅提供了重要的技术数据，还深化了科学界对锕系元素氧化物在极端条件下行为的认识。

该研究源于2011年福岛核事故后对核安全的关注，反映了科学界持续提高核能安全性的努力。通过揭示核燃料在极端条件下的行为，这项突破性研究为设计更安全、更高效的下一代核反应堆奠定了基础。该研究是在美国能源部和阿贡国家实验室的资金支持下开展的。