El desarrollo de combustibles seguros y sostenibles para la energía nuclear es una parte integral de la misión de seguridad energética del Laboratorio Nacional de Los Alamos. Dióxido de uranio, un óxido de actínido radiactivo, es el combustible nuclear más utilizado en las actuales centrales nucleares. Un nuevo proceso de "síntesis de combustión" establecido recientemente para los metales lantánidos (no radiactivos y ubicado una fila por encima de los actínidos en la tabla periódica) podría ser una guía para la producción de metales seguros, combustibles nucleares sostenibles.

"Los combustibles de nitruro de actínidos son potencialmente una opción más segura y económica en los sistemas de generación de energía actuales, "dijo Bi Nguyen, Los Alamos National Laboratory Agnew postdoctorado y autor principal de una investigación publicada recientemente en la revista Química Inorgánica , que fue seleccionado como un artículo destacado de la elección de los editores de la American Chemical Society.

"Los combustibles de nitruro también se adaptan bien a los futuros sistemas de energía nuclear de IV Generación, que se centran en la seguridad, y cuentan con un ciclo de combustible de reactor cerrado sostenible. Los nitruros de actínidos tienen una conductividad térmica superior en comparación con los óxidos y son significativamente más densos en energía. ", dijo Nguyen. Los nitruros son una clase de compuestos químicos que contienen nitrógeno, versus óxidos, que contienen oxígeno.

Los combustibles de nitruro de actínidos proporcionarían más seguridad y sostenibilidad debido a su densidad energética, ofreciendo más energía con menos material, así como una mejor conductividad térmica, lo que permite operaciones a temperaturas más bajas, dándoles un margen mayor para fundirse en condiciones anormales.

Nitruros de actínidos, sin embargo, son muy difíciles de fabricar y la producción de grandes cantidades de nitruros de actínidos de alta pureza sigue siendo un impedimento importante para su aplicación. Tanto los actínidos como los lantánidos se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica y los métodos potenciales para fabricar materiales de actínidos generalmente se prueban primero con los lantánidos porque se comportan de manera similar. pero no son radiactivos.

Los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos y del Laboratorio de Investigación Naval descubrieron que los compuestos de LnBTA [bis (tetrazolato) amina de lantánido] se pueden quemar para producir espumas de nitruro de lantánido de alta pureza en una técnica única llamada síntesis por combustión. Este método utiliza un pulso de láser para iniciar complejos de LnBTA deshidratados, que luego se someten a una reacción de combustión autosostenida en una atmósfera inerte para producir espumas de nitruro de lantánido nanoestructuradas. Este trabajo fue financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio (LDRD).

Los compuestos de LnBTA se preparan fácilmente a granel y su combustión es fácilmente escalable. Existe una colaboración en curso entre las divisiones de Modernización de Armas y Química del Laboratorio para examinar los análogos de actínidos para la síntesis de combustión de combustibles de nitruro de actínidos.