基本介紹
- 中文名：氮化鈾
- 外文名：uranium nitride
- 分子式：UN
- 性質：淺灰色粉末
性質,製備方法,套用,
性質
氮化鈾是淺灰色粉末，體心立方結構，熔點～2630℃，理論密度值為14.32g/cm3，具金屬性，是熱和電的良導體。溫度在300℃以下時，與水反應緩慢，生成一層二氧化鈾保護層。溶於硝酸、濃高氯酸或熱磷酸，不溶於熱的或冷的鹽酸、硫酸或氫氧化鈉溶液。與熔融鹼反應迅速。UN與潮濕空氣或水能迅速進行反應。易於氧化，溫度低於1200℃製得的氮化鈾，在空氣中室溫下就可著火。加熱鈾和氮到400℃以上，得到的是氮化鈾、三氮化二鈾和二氮化鈾(UN，U2N3和UN2)混合物；在高於1200℃的1個大氣壓的氮氣中僅氮化鈾是穩定的。通常在2.0MPa的氮氣中電弧熔融金屬鈾製備。是潛在的核燃料，其鈾原子密度高、慢化能力低和熔點高，可作為快中子堆的改進型燃料。
氮化鈾在大氣環境中表面會迅速形成一定厚度的氧化層，進而阻止氧化反應的繼續進行，因此大氣環境下氮化鈾材料是穩定的。
在輻照環境下，氮化鈾表面經氬離子轟擊後，表面形貌發生了改變；氬離子轟擊氧化與大氣中的自然氧化行為存在差異，子轟擊增強了氮化鈾表面的氧化程度，但其對氧化行為的影響主要在淺表面，大氣氧化的氮化鈾氧化層更厚；隨著氬離子轟擊能量的增加，表面氧化物含量及氧化層深度顯著增加。總體而言，氬離子輻照對氮化鈾層的影響隨深度的增加而減弱，並不影響氮化鈾的整體穩定性。
製備方法
氮化鈾燃料製備的關鍵技術之一是純度高、燒結活性好的氮化鈾粉末合成工藝。以三碳酸鈾醯胺(AUC)流程製備的高活性氧化鈾粉末和高純度的碳黑為主要原材料，採用碳熱還原-氮化反應合成氮化鈾粉末的工藝可製備獲得。
目前各國廣泛採用碳熱還原-氮化反應製備 UN 粉末。在 UN粉末製備過程中重點需要考慮的因素有：原材料UO2粉末的活性、碳/鈾摩爾比、反應氣氛、反應溫度和時間等。
套用
氮化鈾是一種 潛在的動力反應堆核燃料元件。基於氮化鈾(UN)燃料的高鈾密度、高熱導、高溫穩定性、與液態金屬良好的相容性等優良的性能，使其成為未來空間堆動力、空間核電源以及核動力火箭的首選燃料，同時也是第四代核能系統的重要候選燃料。
國外關於在空間核動力裝置用的氮化鈾燃料的研究與開發於 20 世紀 90 年代末已達到工程套用階段。另外，國際上在第四代核能系統的規劃方面，已將氮化鈾燃料作為鉛冷塊堆(簡稱 LFR)以及鈉冷快堆(簡稱 SFR)等兩種堆型的重要候選燃料。國內尚未系統地開展氮化鈾燃料製備工藝和性能方面的研究。
