Neutroni otkrivaju ponašanje istopljene uranijumske soli radi budućih nuklearnih reaktora

Foto: Wikipedia/Solid State, CC BY-SA 4.0

Decenijama se od reaktora na bazi istopljene soli očekuje da imaju kapacitet za proizvodnju bezbedne i pristupačne nuklearne energije. Prototipski eksperimenti Nacionalne laboratorije Oak Ridž tokom 1960-ih uspešno su demonstrirali tu tehnologiju.

U novije vreme, dok dekarbonizacija postaje sve važnija širom sveta, mnoge zemlje obnavljaju napore u cilju široke upotrebe takvih nuklearnih reaktora, piše Phys.org.

Preporučujemo

Idealan dizajn ovih budućih reaktora zavisi od ponašanja likvidnih soli kao goriva koja ih razlikuju od običnih nuklearnih reaktora koji koriste čvrsti uranijum-dioksid.

Hemijska, strukturna i dinamička ponašanja ovih gorivnih soli na atomskom nivou nije lako razumeti, naročito kad uključuju radioaktivne elemente poput aktinoida – kojima pripada uranijum – pošto se te soli tope samo na ekstremno visokim temperaturama i ispoljavaju složenu, egzotičnu hemiju.

Spalacioni izvor neutrona (SNS) u Oak Ridžu je jedan od najintenzivnijih izvora neutrona na svetu i omogućava naučnicima da izvode najnaprednija istraživanja putem rasejavanja neutrona, koja otkrivaju detalje o pozicijama, kretanjima i magnetnim svojstvima materijala. Kad je snop neutrona ispaljen na neki uzorak, mnogi neutroni prođu kroz materijal, ali neki direktno reaguju sa atomskim jezgrima i „odskoče“ pod nekim uglom.

Pomoću specijalnih detektora, naučnici izbroje rasejane neutrone, izmere njihove energije i uglove pod kojim su razbacani i mapiraju njihove konačne pozicije, što omogućava uvid u detalje o prirodi ciljanog materijala.

U slučaju uranijum-trihlorida, sad su otkrili da se u proseku razmak veza između uranijuma i hlora smanjuje dok supstanca postaje tečna – nasuprot tipičnom očekivanju da toplota širi, a hladnoća skuplja, što je često istina u hemiji i životu.

Još zanimljivije, među raznim parovima povezanih atoma, veze su bile promenljive veličine, menjajući se po oscilirajućem obrascu, ponekad dostižući dužine mnogo veće nego u čvrstom uranijum-trihloridu, ali se i ekremno skraćujući. Različita dinamika, pri ultravisokim brzinama, bila je evidentna u tečnosti.

Ovo je neistraženo polje hemije i otkriva fundamentalnu atomsku strukturu aktinoida pod ekstremnim uslovima, kažu naučnici. Podaci o vezama su takođe bili iznenađujuće kompleksni. Kad bi uranijum-trihlorid dostigao najtešnju i najkraću dužinu veze, nakratko je veza izgledala više kovalentna, umesto svoje tipične jonske prirode, opet oscilirajući u to stanje i iz tog stanja ekstremno visokim brzinama.

Ovaj osmotreni period kovalentne veze, iako kratak i cikličan, pomaže da se objasne neke nedoslednosti u prošlim studijama o ponašanju istopljenog uranijum-trihlorida. Nalazi bi mogli doprineti unapređenju eksperimentalnih i kompjuterskih pristupa dizajnu budućih reaktora.

Štaviše, rezultati unapređuju fundamentalno razumevanje aktinoidnih soli, što može biti korisno za rešavanje problema nuklearnog otpada, obrade na visokim temperaturama i drugih sadašnjih ili budućih primena koje uključuju taj niz elemenata.

(Telegraf Nauka/Phys.org)