Promieniowanie łagodzi korozję w reaktorach ze stopionymi solami: Nowa nadzieja dla energii jądrowej

Wysokie temperatury i promieniowanie jonizujące tworzą ekstremalnie korozyjne środowisko wewnątrz reaktorów jądrowych. Aby projektować długowieczne reaktory, naukowcy muszą zrozumieć, jak reakcje chemiczne wywołane promieniowaniem wpływają na materiały konstrukcyjne. Chemicy z Brookhaven National Laboratory i Idaho National Laboratory, należących do Departamentu Energii USA (DOE), przeprowadzili ostatnio eksperymenty, które wykazały, że reakcje wywołane promieniowaniem mogą pomóc w łagodzeniu korozji metali reaktorowych w nowym typie reaktora chłodzonego stopionymi solami. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Chemistry Chemical Physics. „Reaktory ze stopionymi solami to wschodząca technologia bezpieczniejszej, skalowalnej produkcji energii jądrowej. Te zaawansowane reaktory mogą pracować w wyższych, bardziej wydajnych temperaturach niż tradycyjne technologie reaktorów chłodzonych wodą, przy jednoczesnym zachowaniu stosunkowo ciśnienia otoczenia” – wyjaśnił James Wishart, wybitny chemik z Brookhaven Lab i lider badań. W przeciwieństwie do reaktorów chłodzonych wodą, reaktory ze stopionymi solami wykorzystują chłodziwo składające się w całości z jonów naładowanych dodatnio i ujemnie, które pozostają w stanie ciekłym tylko w wysokich temperaturach. To podobne do topienia kryształów soli kuchennej, aż zaczną płynąć bez dodawania żadnej innej cieczy. Naukowcy byli szczególnie zainteresowani śledzeniem chromu, częstego składnika stopów metali proponowanych dla reaktorów jądrowych ze stopionymi solami. Gdy chrom rozpuszcza się w stopionej soli, niektóre z jego form chemicznych mogą przyspieszać procesy korozji, pogarszając integralność strukturalną i wydajność reaktora. Rozkład stopni utlenienia jonów chromu – ile wolnych miejsc elektronowych mają te jony dostępnych dla reakcji chemicznych – może być czynnikiem decydującym o tym, czy korozja wystąpi. Wishart i jego współpracownicy wykorzystali urządzenia do pomiaru szybkości i zależności temperaturowych reakcji dwóch typów jonów chromu z reaktywnymi związkami generowanymi przez promieniowanie w stopionej soli. „Nasza analiza wykazała, że ​​efektem netto promieniowania w środowisku stopionej soli jest sprzyjanie konwersji korozyjnego Cr3+ do mniej korozyjnego Cr2+” – powiedział Wishart. Te badania były produktem Molten Salts in Extreme Environments Energy Frontier Research Center, ustanowionego w Brookhaven National Laboratory przez DOE Office of Science w 2018 r. w celu zbadania podstawowych właściwości i potencjalnych zastosowań stopionych soli w środowiskach jądrowych.