美國阿貢國家實驗室(ANL)研究人員近期在核燃料研究領域取得了重大突破，成功揭示了二氧化钚在極高溫下的行為。相關研究成果已發表于2024年4月的《自然材料》雜志，為未來核能系統的安全設計提供了關鍵數據。

研究團隊采用創新方法，首先將微小的二氧化钚樣品懸浮在氣流中，然后用激光將樣品加熱至2700攝氏度(3000開爾文)的極高溫度。這種方法避免了樣品容器可能造成的污染，使研究人員能夠精確測量熔融狀態下的二氧化钚結構。樣品最初呈現啞光灰色;加熱后呈閃亮黑色。在不同溫度用不同氣流加熱樣品揭示了不同氣氛中熔體的揮發性及其結構變化。

實驗結果揭示了液態二氧化钚的結構特征，證實了其中存在共價鍵。研究還發現，液態二氧化钚結構與二氧化鈰相似，這為使用非放射性材料開展相關研究提供了可能。

此外，研究團隊利用獲得的數據，結合超級計算機和機器學習技術，成功以量子力學精度模擬了二氧化钚中的電子行為。這一突破為深入理解核燃料材料的性質開辟了新途徑。阿貢國家實驗室研究人員表示，該研究不僅提供了重要的技術數據，還深化了科學界對錒系元素氧化物在極端條件下行為的認識。

該研究源于2011年福島核事故后對核安全的關注，反映了科學界持續提高核能安全性的努力。通過揭示核燃料在極端條件下的行為，這項突破性研究為設計更安全、更高效的下一代核反應堆奠定了基礎。該研究是在美國能源部和阿貢國家實驗室的資金支持下開展的。