核燃料实验展示了液态氧化钚在最高温度下的行为

2011 年日本福岛第一核电站事故激发了广泛的研究和分析，使核能成为安全的标杆。它还激发了美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的一系列研究。科学家希望更仔细地研究核燃料材料，以更好地了解它们在极高温度下的表现。

2014 年，一个多学科团队利用阿贡先进光子源 (APS)(美国能源部科学办公室用户设施)光束线 6-ID-D 的明亮 X 射线，测量并发表了熔融二氧化铀 (UO2) 的结构。这种物质是世界各地核反应堆使用的燃料的主要成分。除了提供答案之外，该实验还提出了一些问题，即液态氧化钚 (PuO2) 和其他混合氧化物燃料在类似高温下的表现如何，这些燃料正在考虑用于下一代反应堆。

PuO2的实验研究引发了更多安全问题。然而，阿贡国家实验室的团队认为，锕系氧化物的数据是根本需求。他们承担了一项艰巨的任务，即设计一项实验，以克服 PuO2研究过程中的复杂挑战。

他们的工作成果将帮助科学家和工程师建模、设计和建造清洁核能系统，以延续令人印象深刻的安全传统。

阿贡化学工程师和物理学家团队与材料开发公司的 Stephen Wilke 和 Rick Weber 等人合作，在 2024 年 4 月的《自然材料》杂志上发表了他们的实验结果“氧化钚熔体结构和共价性”。

阿贡高级物理学家克里斯·本莫尔 (Chris Benmore) 表示：“阿贡可能是世界上唯一能够进行这种非常困难的实验的地方。我们在 2014 年用 UO2进行了原理验证，直到现在我们才将能力扩展到 PuO2。实验涉及在极端条件下运行的复杂仪器。”

Benmore 帮助设计了实验 X 射线室，执行了 X 射线测量，并分析和建模了 X 射线数据。阿贡国家实验室化学和燃料循环技术 (CFCT) 部门主管 Mark Williamson 协助进行了 APS 实验的室设计和安全分析，并指导了合成实验样品的 CFCT 团队。材料开发公司开发了用于测量的仪器，并进行了必要的安全调整，使该仪器更适合 PuO2实验。