• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy tworzą molekułę trofeum, która może zrewolucjonizować przemysł jądrowy

    04.07.2012. 17:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy stworzyli stabilną wersję "molekuły trofeum", wymykającą się badaczom przez całe dekady, która może pomóc w produkcji czystszej energii jądrowej.

    W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science, zespół, złożony z naukowców z brytyjskich uczelni w Nottingham i Manchesterze, wykazał, że jest w stanie przygotować ostateczny azotek uranu, który jest stabilny w temperaturze pokojowej. Co więcej, naukowcy udowodnili, że związek może być przechowywany w słojach w postaci skrystalizowanej lub w formie proszku.

    Badania uzyskały wsparcie z finansowanego ze środków unijnych projektu UNCLE (Uran w niekonwencjonalnych środowiskach ligandów), który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla początkujących naukowców w wysokości 999.996 EUR.

    Naukowcy informują, że przełom może mieć w przyszłości implikacje dla sektora energetyki jądrowej, gdyż materiały na bazie azotku uranu mają potencjał, by zapewnić opłacalną alternatywę dla obecnych, mieszanych paliw jądrowych wykorzystywanych w reaktorach, ponieważ azotki cechują się wyższą gęstością, temperaturą topnienia i wskaźnikiem przewodzenia ciepła. Ponadto, proces zastosowany przez naukowców do stworzenia związku może zapewnić czystsze procesy w niższej temperaturze niż metody wykorzystywane obecnie.

    Wcześniejsze próby przygotowania potrójnych wiązań uran-azot wymagały bardzo niskich temperatur rzędu 5 stopni Kelwina (-268 stopni Celsjusza) - z grubsza odpowiednika temperatury przestrzeni międzygwiazdowej - a przez to sprawiały trudności w pracy i manipulacji, wymagając specjalistycznego sprzętu i technik.

    Azotki uranu są zazwyczaj przygotowywane poprzez zmieszanie diazotu lub amoniaku z uranem w wysokiej temperaturze i pod dużym ciśnieniem. Niestety, jednak trudne warunki reakcji występujące w toku przygotowywania powodują wprowadzanie zanieczyszczeń, które trudno usunąć - twierdzą naukowcy. W ostatnich latach naukowcy skoncentrowali się zatem na zastosowaniu niskotemperaturowych metod molekularnych, ale wszystkie poprzednie próby kończyły się produktem mostkowym, a nie docelowym, stabilnym produktem - azotkami.

    Metoda wykorzystana w toku badań polega na zastosowaniu niezwykle "masywnych" ligand azotowych (molekuł organicznych związanych z metalem) do owinięcia wokół ośrodka uranu i stworzenia ochronnej przestrzeni, w której może osadzić się azotek. Azotek został ustabilizowany za pomocą syntezy w obecności słabo związanego kationu sodu (jonu naładowanego dodatnio), który zablokował reakcję azotku z innymi pierwiastkami. Na ostatnim etapie, sód został delikatnie wydobyty ze struktury, pozostawiając ostateczne, stabilne wiązanie potrójne azotku uranu.

    Dr Stephen Liddle z Uniwersytetu w Nottingham zauważa: "Zaleta tej pracy polega na jej prostocie - otoczkowanie azotku uranu niezwykle masywną, nośną ligandą, stabilizacja azotku w czasie syntezy za pomocą sodu i następnie sekwestracja sodu w łagodnych warunkach umożliwiły nam w końcu wyodrębnienie ostatecznego wiązania azotku uranu".

    "Główną motywacją do podjęcia tych prac było pogłębienie naszej wiedzy o charakterze i zakresie kowalencyjności w wiązaniu chemicznym uranu. To niezwykle interesujące i ważne, ponieważ może pomóc w pracach nad ekstrakcją i odseparowaniem 2% - 3% wysoce radioaktywnych materiałów z odpadów atomowych.

    Profesor Eric McInnes z Uniwersytetu w Manchesterze dodaje, że spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) - technika wykorzystana przez zespół do badania materiałów z elektronami niesparowanymi, "może przynieść szczegółowe informacje o lokalnym środowisku elektronów niesparowanych, a to mona wykorzystać do poznania struktury elektronowej jonu uranu w tym nowy azotku".

    "Okazuje się, że nowy azotek zachowuje się odmiennie od analogicznych pod innymi względami materiałów, a to może mieć istotne następstwa w chemii aktynowców, która ma decydujące znaczenie technologiczne i środowiskowe w cyklu paliwowym" - podsumowuje.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Azotek uranu U2N3 (triazotek diuranu) - nieorganiczny związek chemiczny z grupy azotków. Ceramiczny materiał używany jako paliwo jądrowe w reaktorach jądrowych o właściwościach zbliżonych do dwutlenku uranu i węglika uranu. Związek ten można wytworzyć w reakcji azotu z uranem w temperaturze ok. 430 °C. Azotek uranu powstaje także podczas spalania uranu na powietrzu. W temperaturze 900 °C rozkłada się z wytworzeniem azotku uranu(III), UN. Fluorek uranu(IV) (czterofluorek uranu, tetrafluorek uranu, UF4) – nieorganiczny związek chemiczny, jest związkiem pośrednim przy produkcji paliwa dla reaktorów jądrowych oraz jako materiał bojowy w produkcji bomby atomowej, uzyskiwanym podczas reakcji fluoru z tlenkami uranu, będącym wyjściowym produktem do otrzymywania heksafluorku uranu UF6. W warunkach pokojowych, pod wpływem wilgoci, utlenia się powoli do tlenków uranu z wydzielenie żrącego fluorowodoru, z tego też powodu nie jest on przechowywany. Szkło uranowe – szkło z domieszką związków uranu, takich jak dwuuranian sodowy (Na2U2O7) lub tlenki uranu, użytych w charakterze barwnika. Zawartość związków uranu w szkle uranowym zwykle wynosi około 2–3%, choć w niektórych XIX-wiecznych wyrobach dochodziła do 25%.

    Reaktor postępującej fali (ang. Traveling Wave Reactor - TWR) – typ reaktora jądrowego VI generacji w którym materiały rodnetransmutowane w paliwo wraz z wypalaniem materiału rozszczepialnego. Główną zaletą TWR, która wyróżnia ten typ reaktora od reaktorów prędkich, jest zdolność do wykorzystania paliwa bardzo wydajnie bez potrzeby wzbogacania uranu, ani przetwarzania go. Zamiast tego można używać uranu zubożonego, naturalnego, toru, zużytego paliwa z reaktora lekkowodnego, albo jakiejś kombinacji tych materiałów. Nazwa (postępująca fala) nawiązuje do faktu, że rozszczepienie nie następuje w całym rdzeniu, lecz zostaje ograniczone do strefy, która powoli przemieszcza się (postępuje) przez rdzeń z biegiem czasu. Reaktor teoretycznie może działać samwystarczalnie przez dziesięciolecia, bez dostarczania paliwa ani usuwania zużytego paliwa z reaktora. Paliwo jądrowe jest to substancja zawierająca materiał rozszczepialny wykorzystywana do uzyskiwania energii w reaktorach jądrowych. Zawiera najczęściej wzbogacony uran (tj. uran charakteryzujący się większą od naturalnej względną zawartością izotopu U, mieszczącą się w granicach od kilku do 90%), w różnych formach fizyko-chemicznych: jako ciało stałe (tlenek, węglik, stop metaliczny, metal; w postaci prętów, pastylek itp.), w postaci ciekłej (jako roztwór siarczanu, lub azotanu uranylu), lub jako gaz (sześciofluorek uranu). Drugim materiałem wykorzystywanym jako paliwo jądrowe jest izotop plutonu Pu. Rodzaj paliwa dopasowany jest do danego typu reaktora. Paliwo powinno składać się z materiałów, które w czasie pracy reaktora nie reagują między sobą ani z chłodziwem.

    Uran zubożony - uran składający się głównie z izotopu uranu-238 (U-238), a zawierający mniej niż w naturalnym uranie izotopu 235 uranu. Ładunek jądrowy - ładunek z materiałem jądrowym stosowany w amunicji jądrowej. Ładunek jądrowy może występować w postaci izotopów uranu lub plutonu oraz materiałów termojądrowych.

    Naturalny reaktor jądrowy – złoże rud uranowych, w którym w sposób naturalny doszło do łańcuchowej reakcji jądrowej. Znane są dwa złoża uranu, w których potwierdzono istnienie naturalnych reaktorów jądrowych: w Oklo i Bangombé w Gabonie. Wykryto w nich wiele stref będących w przeszłości miejscem łańcuchowych reakcji jądrowych. Pierwsze naturalne reaktory zostały odkryte przez Francisa Perrina w roku 1972 w złożach uranu w okolicy Oklo. Możliwość istnienia oraz warunki powstania naturalnych reaktorów zostały przewidziane przez Paula Kazuo Kuroda już w roku 1956. Analiza stężeń izotopów promieniotwórczych wskazuje, że reakcje jądrowe zachodzące w złożach uranu przebiegały w podobny sposób jak w reaktorach zbudowanych przez człowieka. Tlenki uranu – grupa nieorganicznych związków chemicznych uranu z tlenem. Uran tworzy związki na różnym stopniu utlenienia, jednak najczęściej spotykane to:

    Reaktor prędki, reaktor na prędkich neutronach (i jego podtyp reaktor powielający) – reaktor, w którym nie ma moderatora, ponieważ reakcje rozszczepienia wywoływane są przez neutrony prędkie. Jako paliwo jądrowe stosuje się w nich mieszaninę tlenków plutonu i uranu. Paliwo jądrowe musi być silniej wzbogacone, niż paliwo dla reaktorów powolnych. W czasie pracy reaktora z normalnie nieużytecznego izotopu uranu U powstają, w procesie pochłonięcia neutronów i następujących rozpadów beta izotopy plutonu (głównie Pu). Pluton może zostać następnie wydzielony i użyty ponownie jako paliwo. Reaktor powielający to reaktor, który wytwarza w ten sposób więcej plutonu, niż go zużywa.

    Srebro piorunujące – substancja wybuchowa powstająca podczas przechowywania roztworów amoniakalnych kompleksów srebra(I), np. [Ag(NH3)2]OH. Uważane za azotek srebra (Ag3N) lub mieszaninę azotku z imidkiem srebra (Ag2NH). Wytrąca się formie czarnych kryształków lub kożucha na powierzchni roztworu. Jest silnie wybuchowe, w stanie suchym wybuch może zostać zainicjowany dotknięciem, a nawet nastąpić samoistnie. Nie należy mylić z piorunianem srebra.

    Wirówka wzbogacająca – szybkoobrotowa wirówka, w której pod wpływem sił odśrodkowych następuje rozdzielenie gazowych związków izotopów uranu (fluorek uranu) UF6 oraz UF6. Georeaktor - zaproponowana przez J. Marvina Herndona hipoteza mówiąca, że w środku Ziemi od jej powstania znajduje się kula o znacznej koncentracji uranu, w której zachodzi reakcja rozszczepienia uranu. Energia rozszczepienia miałaby być źródłem energii podgrzewającej wnętrze Ziemi oraz dla tworzenia pola magnetycznego Ziemi. Hipoteza ta nie jest uznawana przez geofizyków ani geologów.

    Zakład wzbogacania uranu w Almelo – zakład do wzbogacania uranu należący do firmy URENCO Nederland. Utworzony w roku 1970. Korzysta z metody wirówki gazowej. Obecnie zatrudnia około 260 osób. Wydajność zakładu wynosi 5000 tSW/rok.

    Dodano: 04.07.2012. 17:37  


    Najnowsze