Altas temperaturas e radiação ionizante criam ambientes extremamente corrosivos dentro de reatores nucleares. Para projetar reatores de longa duração, os cientistas devem entender como as reações químicas induzidas pela radiação impactam os materiais estruturais. Químicos do Laboratório Nacional de Brookhaven (DOE) do Departamento de Energia dos EUA e do Laboratório Nacional de Idaho realizaram recentemente experimentos mostrando que as reações induzidas pela radiação podem ajudar a mitigar a corrosão dos metais do reator em um novo tipo de reator resfriado por sais fundidos. Suas descobertas são publicadas na revista Physical Chemistry Chemical Physics.
"Reatores de sais fundidos são uma tecnologia emergente para uma produção de energia nuclear mais segura e escalável. Esses reatores avançados podem operar em temperaturas mais altas e eficientes do que as tecnologias tradicionais de reatores resfriados a água, mantendo ao mesmo tempo uma pressão relativamente ambiente", explicou James Wishart, um distinto químico do Brookhaven Lab e líder da pesquisa.
Ao contrário dos reatores resfriados a água, os reatores de sais fundidos usam um refrigerante feito inteiramente de íons carregados positiva e negativamente, que permanecem em estado líquido apenas em altas temperaturas. É semelhante a derreter cristais de sal de mesa até que fluam sem adicionar nenhum outro líquido.
Os cientistas estavam particularmente preocupados em rastrear o cromo, um constituinte frequente das ligas metálicas propostas para reatores nucleares de sais fundidos. À medida que o cromo se dissolve no sal fundido, algumas de suas formas químicas podem acelerar os processos de corrosão, comprometendo a integridade estrutural e o desempenho do reator. A distribuição dos estados de oxidação dos íons de cromo - quantas lacunas de elétrons esses íons têm disponíveis para reações químicas - pode ser o fator que determina se a corrosão ocorre.
Wishart e seus colaboradores usaram instalações para medir as taxas e as dependências de temperatura das reações dos dois tipos de íons de cromo com espécies reativas geradas pela radiação no sal fundido. "Nossa análise indicou que o efeito líquido da radiação no ambiente de sal fundido é favorecer a conversão de Cr3+ corrosivo em Cr2+ menos corrosivo", disse Wishart.
Esta pesquisa foi um produto do Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia de Sais Fundidos em Ambientes Extremos estabelecido no Laboratório Nacional de Brookhaven pelo Escritório de Ciência do DOE em 2018 para explorar as propriedades fundamentais e as aplicações potenciais de sais fundidos em ambientes nucleares.