【美國阿貢國家實驗室網(wǎng)站2024年9月5日報道】 美國阿貢國家實驗室（ANL）研究人員近期在核燃料研究領(lǐng)域取得了重大突破，成功揭示了二氧化钚在極高溫下的行為。相關(guān)研究成果已發(fā)表于2024年4月的《自然材料》雜志，為未來核能系統(tǒng)的安全設(shè)計提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

研究團隊采用創(chuàng)新方法，首先將微小的二氧化钚樣品懸浮在氣流中，然后用激光將樣品加熱至2700攝氏度（3000開爾文）的極高溫度。這種方法避免了樣品容器可能造成的污染，使研究人員能夠精確測量熔融狀態(tài)下的二氧化钚結(jié)構(gòu)。樣品最初呈現(xiàn)啞光灰色；加熱后呈閃亮黑色。在不同溫度用不同氣流加熱樣品揭示了不同氣氛中熔體的揮發(fā)性及其結(jié)構(gòu)變化。

實驗結(jié)果揭示了液態(tài)二氧化钚的結(jié)構(gòu)特征，證實了其中存在共價鍵。研究還發(fā)現(xiàn)，液態(tài)二氧化钚結(jié)構(gòu)與二氧化鈰相似，這為使用非放射性材料開展相關(guān)研究提供了可能。

此外，研究團隊利用獲得的數(shù)據(jù)，結(jié)合超級計算機和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，成功以量子力學(xué)精度模擬了二氧化钚中的電子行為。這一突破為深入理解核燃料材料的性質(zhì)開辟了新途徑。阿貢國家實驗室研究人員表示，該研究不僅提供了重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，還深化了科學(xué)界對錒系元素氧化物在極端條件下行為的認識。

該研究源于2011年福島核事故后對核安全的關(guān)注，反映了科學(xué)界持續(xù)提高核能安全性的努力。通過揭示核燃料在極端條件下的行為，這項突破性研究為設(shè)計更安全、更高效的下一代核反應(yīng)堆奠定了基礎(chǔ)。該研究是在美國能源部和阿貢國家實驗室的資金支持下開展的。