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Une nouvelle molécule qui révolutionnerait l'industrie du nucléaire

Des chercheurs ont créé une version stable d'une molécule «trophée» que les chercheurs étudient depuis des années. Cette molécule pourra mener à la production d'une énergie nucléaire plus propre. Dans la revue Science, l'équipe, composée de scientifiques des universités de Nottingham et de Manchester au Royaume-Uni, montre qu'il est possible de préparer un composé de nitrure d'uranium stable à température ambiante. De plus, les chercheurs indiquent que le composé peut être stocké dans des pots sous forme cristallisée ou en poudre.

Les chercheurs indiquent que cette découverte pourrait avoir des implications pour l'industrie nucléaire car des matériaux en nitrure d'uranium pourraient offrir une alternative viable aux combustibles nucléaires de mélanges d'oxyde (ou MOX) utilisés dans les réacteurs, étant donné que le nitrure présente des densités supérieures, un seuil de fusion et une conductivité thermique plus élevés. De plus, le processus de fabrication du composé utilisé par les scientifiques pourrait offrir une alternative plus propre à moindre température comparée aux méthodes d'usage actuelles.

Les précédentes tentatives de préparation d'une triple liaison d'azote nécessitaient des températures de 5° Kelvin (soit -268° Celsius), ce qui équivaut à la température de l'espace interstellaire. Ce sont des conditions de travail relativement difficiles pour la manipulation et qui nécessitent des techniques et équipements spécialisés.

Le nitrure d'uranium est généralement obtenu en mélangeant du diazote ou de l'ammoniac à de l'uranium à des températures et pression élevées. Malheureusement, ces conditions de réaction utilisées pour cette préparation introduisent des impuretés difficiles à extraire. Ces dernières années, les chercheurs se sont donc concentrés sur l'application de méthodes moléculaires à basse température mais toutes leurs tentatives ont plutôt entraîné une formation de ponts entre particules au lieu des nitrures terminaux désirés.

La méthode utilisée dans cette étude implique l'utilisation d'un ligand (ou coordinat) d'azote très encombrant (une molécule organique liée à un métal) pour envelopper le centre d'uranium et créer ainsi une poche protectrice dans laquelle le nitrure d'azote peut exister. Ce nitrure a ensuite été stabilisé au cours de la synthèse suite à la présence d'un cation (un ion positif) de sodium faiblement lié, ce qui a empêché le nitrure de réagir avec tout autre élément. En phase finale, le sodium a été supprimé de la structure, permettant ainsi d'obtenir un nitrure d'uranium stable à triple liaison.

Le Docteur Stephen Liddle de l'université de Nottingham commente : «La beauté de ces travaux repose dans la simplicité ; en encapsulant le nitrure d'uranium dans un ligand encombrant, stabilisant ainsi le nitrure au cours de la synthèse grâce au sodium et en séquestrant ensuite le sodium dans des conditions douces, nous avons pu isoler la liaison terminale du nitrure d'uranium. Une motivation importante pour ces travaux était de nous permettre de mieux comprendre l'étendue et la nature de la covalence dans les liaisons chimiques de l'uranium. Il s'agit de points intéressants et importants car ils sont utiles dans les travaux d'extraction et de séparation des 2-3% de matière très radioactive dans les déchets nucléaires.»

Le professeur Eric McInnes, de l'université de Manchester, ajoute que la spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE), la technique utilisée par l'équipe pour étudier la matière dotée d'électrons non appariés, «nous offre des informations sur l'environnement local des électrons non appariés, et cela peut nous permettre de comprendre la structure électronique de l'ion d'uranium dans ce nouveau nitrure».

«Il s'avère que ce nouveau nitrure se comporte différemment des matériaux autrement analogues, et cela pourrait avoir d'importantes implications dans la chimie des actinides, qui revêt une importance technologique et environnementale vitale dans le cycle de carburant nucléaire», conclut-il.

Cordis

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