Phòng thí nghiệm Mỹ sử dụng laser và nhiệt để lập bản đồ neptuni cho nhiên liệu hạt nhân không gian sâu

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) đang tiến triển trong việc nghiên cứu neptuni, một nguyên tố phóng xạ hiếm và quan trọng trong việc sản xuất plutoni-238 (Pu-238), nguồn năng lượng cho các Bộ phát điện nhiệt điện phóng xạ (RTG) được sử dụng trong các sứ mệnh không gian sâu như tàu thám hiểm Perseverance của NASA. Vì các tấm pin năng lượng mặt trời và pin thông thường không đủ đáp ứng điều kiện khắc nghiệt của không gian sâu, RTG dựa trên Pu-238 vẫn là nguồn năng lượng đáng tin cậy duy nhất cho các thiết bị trên tàu vũ trụ tầm xa. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về nhiên liệu hạt nhân này, nhóm nghiên cứu ORNL tập trung vào việc hiểu các đặc tính hóa học và cấu trúc của neptuni thông qua quá trình phân hủy nhiệt, nung nguyên tố này trong khoảng nhiệt độ từ 150°C đến 600°C nhằm xác định các pha biến đổi trung gian của nó. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp quang phổ Raman — một kỹ thuật dựa trên laser để khảo sát dao động phân tử — với mô hình tính toán để tạo ra “dấu vân cấu trúc” đầu tiên của một oxit neptuni chủ chốt. Phương pháp này cho phép họ quan sát sự thay đổi môi trường liên kết của vật liệu dưới tác động của nhiệt trong thời gian thực,