Las altas temperaturas y la radiación ionizante crean ambientes extremadamente corrosivos dentro de los reactores nucleares. Para diseñar reactores duraderos, los científicos deben comprender cómo las reacciones químicas inducidas por la radiación impactan los materiales estructurales. Químicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven (DOE) del Departamento de Energía de EE. UU. y del Laboratorio Nacional de Idaho realizaron recientemente experimentos que muestran que las reacciones inducidas por la radiación pueden ayudar a mitigar la corrosión de los metales del reactor en un nuevo tipo de reactor enfriado por sales fundidas. Sus hallazgos se publican en la revista Physical Chemistry Chemical Physics.
"Los reactores de sales fundidas son una tecnología emergente para una producción de energía nuclear más segura y escalable. Estos reactores avanzados pueden operar a temperaturas más altas y eficientes que las tecnologías de reactores refrigerados por agua tradicionales, manteniendo al mismo tiempo una presión relativamente ambiental", explicó James Wishart, un distinguido químico en Brookhaven Lab y líder de la investigación.
A diferencia de los reactores refrigerados por agua, los reactores de sales fundidas utilizan un refrigerante compuesto completamente de iones cargados positiva y negativamente, que permanecen en estado líquido solo a altas temperaturas. Es similar a derretir cristales de sal de mesa hasta que fluyan sin agregar ningún otro líquido.
Los científicos estaban particularmente preocupados por el seguimiento del cromo, un constituyente frecuente de las aleaciones metálicas propuestas para los reactores nucleares de sales fundidas. A medida que el cromo se disuelve en la sal fundida, algunas de sus formas químicas pueden acelerar los procesos de corrosión, comprometiendo la integridad estructural y el rendimiento del reactor. La distribución de los estados de oxidación de los iones de cromo (cuántas vacantes de electrones tienen disponibles estos iones para las reacciones químicas) puede ser el factor que determina si se produce la corrosión.
Wishart y sus colaboradores utilizaron instalaciones para medir las tasas y las dependencias de la temperatura de las reacciones de los dos tipos de iones de cromo con especies reactivas generadas por la radiación en la sal fundida. "Nuestro análisis indicó que el efecto neto de la radiación en el ambiente de sal fundida es favorecer la conversión de Cr3+ corrosivo a Cr2+ menos corrosivo", dijo Wishart.
Esta investigación fue un producto del Centro de Investigación de Frontera Energética de Sales Fundidas en Ambientes Extremos establecido en el Laboratorio Nacional de Brookhaven por la Oficina de Ciencia del DOE en 2018 para explorar las propiedades fundamentales y las aplicaciones potenciales de las sales fundidas en ambientes nucleares.