Het ontwikkelen van veilige en duurzame brandstoffen voor kernenergie is een integraal onderdeel van de energieveiligheidsmissie van Los Alamos National Laboratory. uraniumdioxide, een radioactief actinide-oxide, is de meest gebruikte splijtstof in de huidige kerncentrales. Een nieuw "verbrandingssynthese"-proces dat onlangs is ingesteld voor lanthanidemetalen - niet-radioactief en één rij boven actiniden op het periodiek systeem geplaatst - zou een leidraad kunnen zijn voor de productie van veilige, duurzame kernbrandstoffen.

"Actinide-nitridebrandstoffen zijn potentieel een veiligere en economischere optie in de huidige elektriciteitsopwekkingssystemen, " zei Bi Nguyen, Los Alamos National Laboratory Agnew postdoc en hoofdauteur van recent gepubliceerd onderzoek in het tijdschrift Anorganische scheikunde , die werd geselecteerd als een aanbevolen artikel van de American Chemical Society Editors' Choice.

"Nitridebrandstoffen zijn ook zeer geschikt voor toekomstige generatie IV-kernenergiesystemen, die gericht zijn op veiligheid, en beschikken over een duurzame gesloten splijtstofcyclus. Actinidenitriden hebben een superieure thermische geleidbaarheid in vergelijking met de oxiden en zijn aanzienlijk meer energiedicht, " zei Nguyen. Nitriden zijn een klasse van chemische verbindingen die stikstof bevatten, versus oxiden, die zuurstof bevatten.

Actinide-nitridebrandstoffen zouden meer veiligheid en duurzaamheid bieden vanwege hun energiedichtheid, meer energie leveren uit minder materiaal, evenals een betere thermische geleidbaarheid, waardoor bewerkingen bij lagere temperaturen mogelijk zijn, waardoor ze een grotere marge hebben om onder abnormale omstandigheden in te storten.

actinide nitriden, echter, zijn zeer uitdagend om te maken en de productie van grote hoeveelheden actinidenitriden met een hoge zuiverheid blijft een grote belemmering voor hun toepassing. Zowel actiniden als lanthaniden staan ​​onderaan het periodiek systeem en mogelijke methoden om actinidematerialen te maken worden meestal eerst getest met de lanthaniden omdat ze zich op dezelfde manier gedragen, maar zijn niet radioactief.

Wetenschappers van Los Alamos National Laboratory en Naval Research Laboratory ontdekten dat LnBTA [lanthanide-bis(tetrazolato)amine]-verbindingen kunnen worden verbrand om hoogzuivere lanthanidenitrideschuimen te produceren in een unieke techniek die verbrandingssynthese wordt genoemd. Deze methode maakt gebruik van een laserpuls om gedehydrateerde LnBTA-complexen te initiëren, die vervolgens een zelfvoorzienende verbrandingsreactie ondergaan in een inerte atmosfeer om nanogestructureerde lanthanidenitrideschuimen op te leveren. Dit werk werd gefinancierd door het programma Laboratory Directed Research and Development (LDRD).

LnBTA-verbindingen zijn gemakkelijk in bulk te bereiden en hun verbranding is gemakkelijk schaalbaar. Er is een voortdurende samenwerking tussen de afdelingen Wapenmodernisering en Chemie van het laboratorium om actinide-analogen te onderzoeken voor de verbrandingssynthese van actinidenitridebrandstoffen.