氧化铀相的最新发现促进了核不扩散

“奇异”一词可能不会激发人们对铀的思考，但TylerSpano对铀奇异相的研究正在为核不扩散行业带来新知识。

能源部橡树岭国家实验室的核安全科学家Spano和她的同事检查了氧化铀的四个以前未被充分研究的相：β(β-)、δ(δ-)、εUO3(ε-UO3)和β-U3O8(β-U3O8)。每个阶段都有一个独特的指纹，可以揭示何时发生了异常情况导致其产生，从而帮助国际原子能机构等组织调查意外错误或公然滥用核材料。

“仍有未解决的问题，我们正试图澄清这些文献中长期存在的问题，”斯帕诺说。

许多氧化铀相在几十年前就已被发现，但人们对它的了解仍然很松散。例如，U3O8的α相很常见，但β相是在不寻常的条件下形成的。

斯帕诺在ORNL的博士后工作期间专注于鲜为人知的氧化铀相世界。她说，据她所知，没有人致力于识别β、δ或ε相。“我专注于这三个，因为它们更具异国情调。”她最近发表了关于β-UO3、δ-UO3和ε-UO3的发现。Spano与ORNL材料与化学组长AndrewMiskowiec合作，还帮助首次发布了β-U3O8的拉曼光谱。

虽然许多科学家可能对氧化铀相感兴趣，但使用放射性材料进行实验需要特殊的预防措施和专用的材料分析仪器——这是ORNL擅长的领域。铀氧化物是铀加工的常见副产品。这些知识将帮助防扩散界开发更好的工具来理解这些材料。

斯帕诺和她的同事们使用了几种分析方法来观察不同条件下的铀氧化物。X射线衍射帮助他们识别材料的化学相。光学振动光谱技术，如拉曼和红外线，使他们能够在更短的长度尺度上观察化学结构，这可用于识别少量这些材料。

“UO3通过奇异相的方式有点不寻常，”Miskowiec说。“我的团队正在研究基础科学，如果我们在现实世界中观察它们，就能够识别这些材料，并了解导致它们形成的不寻常条件。”

这项研究的发现还支持国家安全任务以外的科学。具体来说，ε-UO3的结构对于在ORNL和国际上正在研究的新型后处理方法很有意义。对该相结构的详细了解有助于了解材料的物理特性和进行反应速率测量。

Miskowiec的团队将继续探索对核燃料循环中使用的材料进行分类的新方法。例如，神秘的UO3非晶相没有长程晶序。因此，无法使用X射线衍射检查结构，但仍然可以从拉曼光谱中获得信息。

“其中一些化合物是由特定过程制成的，这为我们提供了非常具体的信息，”Miskowiec说。“不仅识别化合物很重要，而且了解其形成条件也很重要。