hidruro de uranio(III)

La exposición del metal uranio al hidrógeno a 250 °C (482 °F) produce el trihidruro:  

2 U + 3H ₂ → 2UH ₃

El metal de uranio a granel se desmorona en un polvo fino durante el transcurso de la reacción. ^{[ 7 ] [ 2 ]}

El proceso recuerda a la fragilización por hidrógeno , pero el hidruro de uranio no es un compuesto intersticial . En cambio, según la cristalografía de rayos X , cada átomo de uranio está rodeado por 12 átomos de hidrógeno ( estructura de perovskita defectuosa ). Cada átomo de hidrógeno ocupa un gran hueco tetraédrico en la red. ^{[ 8 ]} La densidad de hidrógeno en el hidruro de uranio es aproximadamente la misma que en el agua líquida o en el hidrógeno líquido . ^{[ 9 ]} El enlace U−H−U a través de un átomo de hidrógeno está presente en la estructura. ^{[ 10 ]}

El hidruro de uranio se forma cuando el uranio metálico (por ejemplo, en el combustible Magnox con revestimiento corroído ) se expone al agua o al vapor, con dióxido de uranio como subproducto: ^{[ 8 ]}

7 U + 6 H ₂ O → 3 UO ₂ + 4 UH ₃

El hidruro de uranio resultante es pirofórico; si el metal (por ejemplo, una barra de combustible dañada ) se expone al aire posteriormente, puede generarse un calor excesivo y el propio metal de uranio puede incendiarse. ^{[ 11 ]} El uranio contaminado con hidruro puede pasivarse mediante la exposición a una mezcla gaseosa de 98 % de helio con 2 % de oxígeno . ^{[ 12 ]} La humedad condensada sobre el metal de uranio promueve la formación de hidrógeno e hidruro de uranio; puede formarse una superficie pirofórica en ausencia de oxígeno. ^{[ 13 ]} Esto plantea un problema con el almacenamiento subacuático de combustible nuclear gastado muy especial en estanques de combustible gastado (el combustible nuclear de las centrales nucleares comerciales no contiene ningún metal de uranio). Dependiendo del tamaño y la distribución en las partículas de hidruro, puede producirse la autoignición tras un tiempo indeterminado de exposición al aire. ^{[ 14 ]} Dicha exposición plantea el riesgo de autoignición de los restos de combustible en las bóvedas de almacenamiento de residuos radiactivos. ^{[ 15 ]}

El hidruro de uranio expuesto al agua desprende hidrógeno. En contacto con oxidantes fuertes, esto puede provocar incendios y explosiones. El contacto con halocarbonos puede provocar una reacción violenta. ^{[ 16 ]}

El polvo de hidruro de uranio impregnado con poliestireno no es pirofórico y se puede prensar; sin embargo, su relación hidrógeno-carbono es desfavorable. En su lugar, en 1944 se introdujo el poliestireno hidrogenado. ^{[ 23 ]}

Hidruro de uranio enriquecido a aproximadamente un 5% de uranio-235 ( ²³⁵Se ha propuesto el U ) como un combustible nuclear combinado / moderador de neutrones para el Módulo de Energía Nuclear Autorregulado Moderado por Hidrógeno . Según la solicitud de patente mencionada, el diseño del reactor en cuestión comienza a producir energía cuando se introduce gas hidrógeno a una temperatura y presión suficientes en el núcleo (compuesto de uranio metálico granulado) y reacciona con el uranio metálico para formar hidruro de uranio. ^{[ 24 ]} El hidruro de uranio es a la vez un combustible nuclear y un moderador de neutrones ; aparentemente, al igual que otros moderadores de neutrones, ralentizará los neutrones lo suficiente como para permitir que se produzcan reacciones de fisión; el ²³⁵Los átomos de uranio dentro del hidruro también sirven como combustible nuclear. Una vez iniciada la reacción nuclear, continuará hasta alcanzar una temperatura determinada, aproximadamente 800 °C (1470 °F) , donde, debido a las propiedades químicas del hidruro de uranio, este se descompone químicamente y se transforma en hidrógeno gaseoso y uranio metálico. La pérdida de moderación de neutrones debida a la descomposición química del hidruro de uranio ralentizará —y finalmente detendrá— la reacción. Cuando la temperatura vuelva a un nivel aceptable, el hidrógeno se combinará de nuevo con el uranio metálico, formando hidruro de uranio, restaurando la moderación y reiniciando la reacción nuclear. ^{[ 24 ]}  

El ion hidruro de uranio puede interferir con algunas mediciones de espectrometría de masas , apareciendo como un pico en la masa 239, creando un falso aumento de la señal para el plutonio-239 ( ^239).Pu ). ^{[ 25 ]}