Le alte temperature e le radiazioni ionizzanti creano ambienti estremamente corrosivi all'interno dei reattori nucleari. Per progettare reattori di lunga durata, gli scienziati devono capire come le reazioni chimiche indotte dalle radiazioni influenzano i materiali strutturali. I chimici del Brookhaven National Laboratory (DOE) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dell'Idaho National Laboratory hanno recentemente condotto esperimenti che dimostrano che le reazioni indotte dalle radiazioni possono aiutare a mitigare la corrosione dei metalli del reattore in un nuovo tipo di reattore raffreddato da sali fusi. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Chemistry Chemical Physics.
"I reattori a sali fusi sono una tecnologia emergente per una produzione di energia nucleare più sicura e scalabile. Questi reattori avanzati possono operare a temperature più alte e più efficienti rispetto alle tradizionali tecnologie di reattori raffreddati ad acqua, mantenendo al contempo una pressione relativamente ambientale", ha spiegato James Wishart, un illustre chimico del Brookhaven Lab e leader della ricerca.
A differenza dei reattori raffreddati ad acqua, i reattori a sali fusi utilizzano un refrigerante composto interamente da ioni caricati positivamente e negativamente, che rimangono allo stato liquido solo ad alte temperature. È simile a fondere cristalli di sale da cucina fino a farli fluire senza aggiungere altri liquidi.
Gli scienziati erano particolarmente interessati a monitorare il cromo, un costituente frequente delle leghe metalliche proposte per i reattori nucleari a sali fusi. Quando il cromo si dissolve nel sale fuso, alcune delle sue forme chimiche possono accelerare i processi di corrosione, compromettendo l'integrità strutturale e le prestazioni del reattore. La distribuzione degli stati di ossidazione degli ioni cromo - quanti posti vacanti di elettroni hanno a disposizione questi ioni per le reazioni chimiche - può essere il fattore che determina se si verifica la corrosione.
Wishart e i suoi collaboratori hanno utilizzato strutture per misurare i tassi e le dipendenze dalla temperatura delle reazioni dei due tipi di ioni cromo con specie reattive generate dalle radiazioni nel sale fuso. "La nostra analisi ha indicato che l'effetto netto delle radiazioni nell'ambiente del sale fuso è quello di favorire la conversione del Cr3+ corrosivo in Cr2+ meno corrosivo", ha detto Wishart.
Questa ricerca è un prodotto del Molten Salts in Extreme Environments Energy Frontier Research Center istituito presso il Brookhaven National Laboratory dall'Office of Science del DOE nel 2018 per esplorare le proprietà fondamentali e le potenziali applicazioni dei sali fusi in ambienti nucleari.