劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)研究人员在近期发表于《npj材料退化》杂志的一项研究中，首次观察并描述了氢与铀金属反应的早期阶段。该研究发现，氢与铀的相互作用可能引发难以控制的连锁反应，对聚变能源、氢气储存和核燃料等关键技术的安全性和使用寿命构成潜在影响。
氢与铀反应会形成气泡(a)，气泡破裂(b)后释放出氢化铀粉末。这种相互作用会导致表面降解(c)，从而影响材料的安全性和使用寿命。
研究显示，氢溶解并扩散到铀金属中，当含量超过铀的容纳能力时，两者结合形成体积更大的氢化铀化合物。氢化铀膨胀产生的压力推动气泡向上，最终破裂并释放出氢化铀粉末。该实验室科学家吉布里尔·希图将这一过程描述为"吸附、解离、扩散、积累、起泡、破裂、剥落"的循环，一旦开始便难以停止。
为捕捉这一反应的起始过程，研究团队采用了白光干涉测量法，通过测量光线在铀表面的反射情况构建微型地形图，在不接触或破坏反应产物的前提下，对同一表面进行反复扫描和逐帧成像。研究发现，氢化物气泡并未出现在预期位置，而是沿铀表面横向扩散，而非深入内部，这一结果超出了原有预期。
希图表示，该方法填补了此前两种主要技术无法捕捉初始反应过程的空白。研究成果将有助于建立更具预测性的铀部件退化模型。下一步，团队计划将实验扩展到更广泛的温度、压力和材料条件范围。此外，白光干涉测量技术还可用于研究氢与其他金属的反应，对氢化物超导体、腐蚀等领域具有参考价值。
