高温と電離放射線は、原子炉内部に極めて腐食性の高い環境を作り出します。長寿命の原子炉を設計するためには、放射線誘起化学反応が構造材料にどのような影響を与えるかを科学者が理解する必要があります。米国エネルギー省（DOE）のブルックヘブン国立研究所とアイダホ国立研究所の化学者たちは最近、放射線誘起反応が溶融塩で冷却される新しいタイプの原子炉において、原子炉金属の腐食を緩和するのに役立つ可能性があることを示す実験を行いました。彼らの発見は、Physical Chemistry Chemical Physics誌に掲載されています。
「溶融塩原子炉は、より安全で拡張性のある原子力エネルギー生産のための新興技術です。これらの高度な原子炉は、従来の水冷式原子炉技術よりも高い効率的な温度で運転でき、比較的周囲圧力を維持できます」と、ブルックヘブン研究所の著名な化学者であり、研究のリーダーであるジェームズ・ウィシャートは説明しました。
水冷式原子炉とは異なり、溶融塩原子炉は、高温でのみ液体状態を維持する、完全に正と負に帯電したイオンで構成された冷却材を使用します。それは、他の液体を加えずに流れるまで食卓塩の結晶を溶かすのに似ています。
科学者たちは、特に溶融塩原子炉に提案されている金属合金の頻繁な構成要素であるクロムの追跡に関心を持っていました。クロムが溶融塩に溶解すると、その化学形態の一部は腐食プロセスを加速させ、原子炉の構造的完全性と性能を損なう可能性があります。クロムイオンの酸化状態の分布（これらのイオンが化学反応に利用できる電子空孔の数）が、腐食が発生するかどうかを決定する要因となる可能性があります。
ウィシャートと彼の共同研究者たちは、溶融塩中の放射線によって生成された反応性種との2種類のクロムイオンの反応の速度と温度依存性を測定するために施設を使用しました。「私たちの分析は、溶融塩環境における放射線の正味の効果は、腐食性のCr3+を腐食性の低いCr2+に変換することを促進することを示しました」とウィシャートは述べました。
この研究は、2018年にDOE科学局によってブルックヘブン国立研究所に設立された、極限環境における溶融塩エネルギーフロンティア研究センターの成果であり、原子力環境における溶融塩の基本的な特性と潜在的な応用を探求することを目的としています。