Les réacteurs nucléaires de nouvelle génération suscitent un intérêt croissant dans le domaine de l’énergie. Une étude récente menée par le Département de l’Énergie américain apporte des éclairages inédits sur le comportement du trichlorure d’uranium liquide, un composant clé pour l’avenir de cette technologie.
Le Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) a en effet franchi une étape significative dans la compréhension des réacteurs à sels fondus. Une équipe de chercheurs a publié une étude pionnière sur la dynamique chimique et la structure du trichlorure d’uranium liquide (UCl3) à haute température.
«Une meilleure capacité à prédire et à calculer les comportements microscopiques est essentielle pour la conception, et des données fiables aident à développer de meilleurs modèles.» a indiqué Santanu Roy, co-responsable de l’étude à l’ORNL.
Les réacteurs à sels fondus sont considérés depuis des décennies comme une source potentielle d’énergie nucléaire sûre et abordable. Les expériences de prototypage menées par l’ORNL dans les années 1960 ont démontré avec succès la viabilité de cette technologie. La conception optimale de ces futurs réacteurs repose sur une compréhension approfondie du comportement des sels combustibles liquides.
Une collaboration scientifique d’envergure
L’étude résulte d’une collaboration entre l’ORNL, le Laboratoire national d’Argonne et l’Université de Caroline du Sud. Les chercheurs ont combiné des approches computationnelles avec l’utilisation de la Source de neutrons de spallation (SNS) de l’ORNL, une installation utilisateur du Bureau de la science du Département de l’Énergie.
La SNS, l’une des sources de neutrons les plus puissantes au monde, permet aux scientifiques de réaliser des études de diffusion neutronique de pointe. Ces études révèlent des détails sur les positions, les mouvements et les propriétés magnétiques des matériaux.
Alex Ivanov, également co-responsable de l’étude, a souligné l’aspect novateur de la recherche : «J’étudie les actinides et l’uranium depuis que j’ai rejoint l’ORNL en tant que post-doctorant, mais je n’aurais jamais imaginé que nous pourrions atteindre l’état liquide et découvrir une chimie aussi fascinante.»
Des découvertes surprenantes sur le comportement du trichlorure d’uranium
Les résultats de l’étude ont remis en question plusieurs hypothèses sur le comportement du trichlorure d’uranium à l’état liquide. Contrairement aux attentes, la distance moyenne des liaisons entre l’uranium et le chlore s’est réduite lorsque la substance est passée à l’état liquide.
De plus, les chercheurs ont observé une oscillation des longueurs de liaison entre les différentes paires d’atomes, avec des variations importantes par rapport à l’état solide. Des dynamiques différentes, se produisant à une vitesse ultra-rapide, ont été mises en évidence au sein du liquide.
Ivanov a ajouté : «Il s’agit d’un domaine inexploré de la chimie qui révèle la structure atomique fondamentale des actinides dans des conditions extrêmes.»
Implications pour l’avenir de l’énergie nucléaire
Ces découvertes ont des implications importantes pour la conception des futurs réacteurs nucléaires. Elles permettent d’améliorer la compréhension fondamentale des sels d’actinides, ce qui pourrait s’avérer utile pour relever les défis liés aux déchets nucléaires, au pyrotraitement et à d’autres applications actuelles ou futures impliquant cette série d’éléments.
L’étude ouvre la voie à de nouvelles approches expérimentales et computationnelles pour la conception de réacteurs plus efficaces et plus sûrs. Elle contribue ainsi à l’avancement de la recherche sur l’énergie nucléaire de nouvelle génération, un domaine crucial pour répondre aux besoins énergétiques futurs tout en minimisant l’impact environnemental.
Légende illustration : In this illustration, neutrons produced at the SNS (purple dots) scatter off molten UCl3, depicted in green, revealing its atomic structure. Yellow and white globs (simulated data) represent the oscillating UCI3 bonds. Credit: Alex Ivanov/ORNL, U.S. Dept. of Energy
Article : ‘Transient Covalency in Molten Uranium(III) Chloride’ / ( 10.1021/jacs.4c05765 ) -DOE/Oak Ridge National Laboratory – Publication dans la revue Journal of the American Chemical Society / 23-Jul-2024
