Synthèse par combustion du composé LnBTA. Crédit :Laboratoire national de Los Alamos
Le développement de combustibles sûrs et durables pour l'énergie nucléaire fait partie intégrante de la mission de sécurité énergétique du Laboratoire national de Los Alamos. Dioxyde d'uranium, un oxyde d'actinide radioactif, est le combustible nucléaire le plus utilisé dans les centrales nucléaires d'aujourd'hui. Un nouveau procédé de "synthèse par combustion" récemment mis en place pour les métaux lanthanides - non radioactifs et positionnés une rangée au-dessus des actinides sur le tableau périodique - pourrait être un guide pour la production de produits sûrs, combustibles nucléaires durables.
« Les combustibles au nitrure d'actinide sont potentiellement une option plus sûre et plus économique dans les systèmes de production d'électricité actuels, " dit Bi Nguyen, Laboratoire national de Los Alamos Agnew postdoc et auteur principal de recherches récemment publiées dans la revue Chimie inorganique , qui a été sélectionné comme article vedette du choix des éditeurs de l'American Chemical Society.
« Les combustibles nitrurés sont également bien adaptés aux futurs systèmes nucléaires de génération IV, qui mettent l'accent sur la sécurité, et disposent d'un cycle du combustible à réacteur fermé durable. Les nitrures d'actinides ont une conductivité thermique supérieure à celle des oxydes et sont nettement plus denses en énergie, " a déclaré Nguyen. Les nitrures sont une classe de composés chimiques qui contiennent de l'azote, contre les oxydes, qui contiennent de l'oxygène.
Les combustibles au nitrure d'actinide offriraient plus de sécurité et de durabilité en raison de leur densité énergétique, offrant plus d'énergie à partir de moins de matière, ainsi qu'une meilleure conductivité thermique, permettant des opérations à basse température, leur donnant une plus grande marge de fusion dans des conditions anormales.
Images au microscope électronique à balayage de mousse de nitrure de cérium. Crédit :Laboratoire national de Los Alamos
Nitrures d'actinides, cependant, sont très difficiles à fabriquer et la production de grandes quantités de nitrures d'actinides de haute pureté continue d'être un obstacle majeur à leur application. Les actinides et les lanthanides sont au bas du tableau périodique et les méthodes potentielles pour fabriquer des matériaux d'actinides sont généralement d'abord testées avec les lanthanides car elles se comportent de manière similaire, mais ne sont pas radioactifs.
Les scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos et du Laboratoire de recherche navale ont découvert que les composés LnBTA [lanthanide bis (tétrazolato) amine] peuvent être brûlés pour produire des mousses de nitrure de lanthanide de haute pureté dans une technique unique appelée synthèse par combustion. Cette méthode utilise une impulsion laser pour initier des complexes LnBTA déshydratés, qui subissent ensuite une réaction de combustion auto-entretenue dans une atmosphère inerte pour donner des mousses de nitrure de lanthanide nanostructurées. Ce travail a été financé par le programme de recherche et développement dirigés par des laboratoires (LDRD).
Les composés LnBTA sont facilement préparés en vrac et leur combustion est facilement évolutive. Il existe une collaboration en cours entre les divisions de modernisation des armes et de chimie du laboratoire pour examiner les analogues d'actinides pour la synthèse par combustion de combustibles à base de nitrure d'actinide.
