近日，原子能院放射化学研究所团队在铀的熔盐电化学还原基础研究方面取得重要进展，突破了高温熔盐体系，解决了高活性金属电结晶成核纳米级晶核演变过程的表征和分析问题，实现了对铀成核形貌演变过程及相关影响因素的系统分析，并建立起了一套精准分析高温熔盐体系电结晶成核的理论和实验研究方法。研究成果为更精确的电化学数据研究奠定了坚实基础，为快堆乏燃料干法后处理工艺的开发和设备研制提供了理论依据，有力地促进了我国在该领域的研究发展。

在干法后处理工艺研究中，熔盐电解精炼流程是最具前景的先进技术之一，该流程以无机熔融盐作为溶剂，具有耐辐照、低冷却、低临界和次生废物少等优点。对于新一代先进的核能系统来说，低冷却、深燃耗的热堆和快堆乏燃料以及ADS嬗变靶的后处理都非常适合应用该技术。在精炼流程中，将乏燃料作为阳极，绝大部分铀可以通过惰性固态阴极进行电解回收，因此研究铀在固态阴极上的电解沉积具有重要的现实意义。而铀的早期电结晶成核、形貌及其生长演变过程对铀的电解沉积至关重要，但在之前相关的研究都尚不够系统深入。

对此，核与放射化学基础技术研究团队针对LiCl-KCl（氯化锂-氯化钾）和LiF-NaF-KF （氟化锂-氟化钠-氟化钾）两种具有应用前景的熔盐体系，重点开展了铀电化学还原基础研究，利用循环伏安法（CV）和计时电流法结合扫描电镜技术，进行了铀在不锈钢与惰性电极上的电结晶成核机理和形貌及各影响因素的研究，探明了熔盐体系中的铀早期电结晶成核机理。针对惰性电极，研究团队在CV曲线中得到了不同电位下铀成核的形貌变化，确定了所有UCl₃（氯化铀）浓度下都可观测到初期纳米核组成的铀薄膜。此外，团队也通过数学模型技术推测了铀的成核机理：在活性基底上，铀与基底形成合金后成核；在惰性电极上，铀直接自身成核。

铀初始反应过程研究装置

该研究隶属于原子能院长期基础研究专项。未来，项目团队将继续深入开展熔盐中超铀元素的行为研究工作，掌握超铀元素在电化学精炼过程中的反应机理与行为，获取干法后处理领域关键机理，进一步推动我国核燃料干法后处理领域高质量发展。（文、图/放化所 陈辉）