Lo sviluppo di combustibili sicuri e sostenibili per l'energia nucleare è parte integrante della missione di sicurezza energetica del Los Alamos National Laboratory. Biossido di uranio, un ossido di attinide radioattivo, è il combustibile nucleare più utilizzato nelle odierne centrali nucleari. Un nuovo processo di "sintesi di combustione" recentemente stabilito per i metalli lantanidi, non radioattivi e posizionato una riga sopra gli attinidi nella tavola periodica, potrebbe essere una guida per la produzione di combustibili nucleari sostenibili.

"I combustibili al nitruro di attinidi sono potenzialmente un'opzione più sicura ed economica negli attuali sistemi di generazione di energia, " ha detto Bi Nguyen, Los Alamos National Laboratory Agnew postdoc e autore principale della ricerca recentemente pubblicata sulla rivista Chimica inorganica , che è stato selezionato come articolo in primo piano nella scelta dell'editore dell'American Chemical Society.

"I combustibili nitruri sono anche adatti ai futuri sistemi nucleari di quarta generazione, che puntano sulla sicurezza, e dispongono di un ciclo di combustibile del reattore chiuso sostenibile. I nitruri di attinidi hanno una conduttività termica superiore rispetto agli ossidi e sono significativamente più densi di energia, " disse Nguyen. I nitruri sono una classe di composti chimici che contengono azoto, contro gli ossidi, che contengono ossigeno.

I combustibili a base di nitruro di attinidi fornirebbero maggiore sicurezza e sostenibilità grazie alla loro densità energetica, offrendo più energia da meno materiale, oltre a una migliore conduttività termica, consentendo operazioni a temperatura più bassa, dando loro un margine più ampio di fusione in condizioni anormali.

nitruri di attinidi, però, sono molto difficili da produrre e la produzione di grandi quantità di nitruri di attinidi di elevata purezza continua a essere un grave ostacolo alla loro applicazione. Sia gli attinidi che i lantanidi sono in fondo alla tavola periodica e i potenziali metodi per produrre materiali attinidi vengono in genere prima testati con i lantanidi perché si comportano in modo simile, ma non sono radioattivi.

Gli scienziati del Los Alamos National Laboratory e del Naval Research Laboratory hanno scoperto che i composti LnBTA [lantanide bis(tetrazolato)amine] possono essere bruciati per produrre schiume di nitruro di lantanidi di elevata purezza in una tecnica unica chiamata sintesi di combustione. Questo metodo utilizza un impulso laser per avviare complessi LnBTA disidratati, che poi subiscono una reazione di combustione autosufficiente in atmosfera inerte per produrre schiume di nitruro di lantanidi nanostrutturate. Questo lavoro è stato finanziato dal programma Laboratory Directed Research and Development (LDRD).

I composti LnBTA sono facilmente preparati alla rinfusa e la loro combustione è facilmente scalabile. C'è una collaborazione in corso tra le divisioni Modernizzazione delle armi e Chimica del Laboratorio per esaminare gli analoghi dell'actinide per la sintesi della combustione di combustibili a base di nitruro di attinidi.