美国能源部拨款100万美元,研究熔盐核燃料裂变产物化学行为

2026-10-07 11:10  来源:Pennsylvania State University  浏览:  

10月5日,美国宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)获得美国能源部(U.S. Department of Energy, DOE)核能大学计划(University Nuclear Energy Program)100万美元资助,将重点研究乏核燃料中的钐、铕和碲三种裂变产物在熔盐环境中的化学行为。项目由该校材料科学与工程教授金浩正(Hojong Kim)负责,内华达大学里诺分校(University of Nevada, Reno)和爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory)参与,研究将覆盖三种元素在熔盐体系中的价态变化、与结构材料的相互作用,以及其在高温火法核燃料后处理过程中的行为。

项目重点关注钐、铕和碲在不同熔盐氧化还原条件下形成的多种价态,以及价态变化对元素溶解度、分配行为和分离效率的影响。美国能源部项目摘要显示,钐具有较强的中子吸收能力,铕可能导致核能系统结构材料发生溶解,碲则可能与金属形成具有脆性的金属间化合物,这些化学行为均可能影响熔盐核燃料循环系统的材料完整性以及裂变产物分离过程。

实验研究将把三种目标元素溶解于熔盐介质,并通过施加不同电势调节其氧化态,同时测量相应的电化学性质。宾夕法尼亚州立大学将负责主要的熔盐电化学实验,内华达大学里诺分校和爱达荷国家实验室则承担部分材料表征、建模和补充实验工作。研究团队还将评估上述裂变产物与核能系统结构材料之间的相互作用,以进一步分析其对设备运行和材料性能的影响。

项目还将利用液态铋开展裂变产物捕集实验。金浩正团队此前已研究利用液态金属从熔盐体系中回收稀土裂变产物,其中液态铋被用于从熔盐中提取稀土元素。此次获得资助的研究将在这一技术路径基础上,进一步探索钐、铕等目标元素的回收机制及其稳定化条件。

钐是此次研究重点关注的对象之一。金浩正团队曾在2018年获得美国能源部项目资助并计划开展钐相关研究,但由于钐在熔盐中的浓度较低,且其电化学行为与其他稀土裂变产物存在差异,当时相关研究未能完成。此次项目将重新开展钐的电化学特性和价态变化研究,并同步推进对铕和碲化学行为的实验分析。

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