美获得有望成为核燃料的铀氮合成物

2010-7-14 12:29 来源: 科技日报
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  美国洛斯阿拉莫斯实验室的科学家7月12日表示,他们利用光能首次成功获得一种罕见的铀氮(U-N)分子合成物,该合成物带有独立的铀氮结构末端,末端上氮原子仅与一个铀原子结合。在过去完成的研究中,氮原子总是同两个或更多的铀原子相连。

  为获得铀氮分子合成物,科学家对叠氮化铀(包含有1个铀原子和3个氮原子的分子)进行了光解作用处理:将分子暴露在紫外光下,用单光子能量从叠氮化铀分解出1个氮分子,从而留下了单铀单氮合成物。科学家说,他们获得的新突破十分重要,因为高密度、高稳定性和高热导性铀氮物质有希望成为未来先进的反应堆所需核燃料。相关研究刊登在新出版的《自然—化学》(Nature Chemistry)月刊上。

  铀氮合成物是一种陶瓷化合物,其包含有众多重复的铀氮结构单元。新获得的铀氮分子仅包含单铀单氮,它是陶瓷固体中能够被观察到的最小结构单元,有利于人们研究其物理和化学特性,帮助解答铀化学和材料科学中长期困扰人们的问题。

  洛斯阿拉莫斯实验室材料物理和应用部科学家贾奎林·吉普林格表示,锕系元素氮化物是未来核燃料的候选物质,能满足未来核反应堆的需求以及太空旅行动力的需求。此次新获得的铀氮分子能够帮助人们更好地认识单铀单氮结构单元的功能特性、电子结构和化学反应性,为铀化学揭开新的篇章。

  研究发现,新获得的分子反应能力强,能破坏结合力强的碳氢键从而形成新的氮氢键和氮碳键。该发现显示铀氮结构不是惰性物质,能够与强键分子发生反应。这种单铀单氮化合物具有很强的化学反应能力,能够以与天然酶细胞色素P-450类似的方式激活碳氢键,与碳氢化合物发生氧化反应。这一特性为该分子在今后用作核燃料时找到了安全的储存方式,也为铀燃料使用后的废物处理提供了途径。