Analysis of neptunium oxides produced through modified direct denitration

橡树岭国家实验室 材料科学 微晶 超铀元素 化学工程 粒径 扫描电子显微镜 核化学 放射化学 纳米技术 化学 冶金 核物理学 物理 复合材料 工程类
作者
Kathryn Peruski,Connor Parker,Samantha K. Cary
出处
期刊:Journal of Nuclear Materials [Elsevier]
卷期号:587: 154704-154704 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jnucmat.2023.154704
摘要

Production of neptunium-237 (237Np) target materials for plutonium-238 (238Pu) radioisotope thermoelectric generators (RTGs) for deep space exploration requires advanced chemistry and engineering development. Currently, the domestic Pu-238 Supply Program at Oak Ridge National Laboratory produces neptunium dioxide (NpO2) for target material using a modified direct denitration (MDD) flowsheet. Although the chemistry, reaction mechanisms, and product characteristics of MDD are well understood for uranium, corresponding studies of the neptunium system are still needed to continue optimization of target material properties, production equipment design, and production flowsheets. The objective of this work is to characterize crystalline phases, morphology, surface texture, and particle size of NpO2 produced via MDD reactions. Solid-phase characterization techniques, including powder X-ray diffraction (pXRD) and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy (SEM-EDS), were employed to achieve this objective. Subsequent data processing using the Morphological Analysis for Material Attribution (MAMA) software was performed to analyze particle morphology and size. Broadly, the powders were found to contain a mixture of NpO2 and Np2O5 after denitration with a variety of morphologies. After high-firing, the product was found to be NpO2 with a typical polycrystalline oxide morphology and a grain size ranging from 0.72 to 0.94 µm. These analyses provide knowledge on the reaction pathway for a non-traditional NpO2 synthesis method and offer additional unique insight into production-scale environments for transuranic materials.

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