Радіація зменшує корозію в реакторах з розплавленими солями: Нова надія для ядерної енергетики

Високі температури та іонізуюче випромінювання створюють надзвичайно корозійне середовище всередині ядерних реакторів. Щоб проектувати довговічні реактори, вчені повинні розуміти, як радіаційно-індуковані хімічні реакції впливають на конструкційні матеріали. Хіміки з Брукхейвенської національної лабораторії Міністерства енергетики США (DOE) та Національної лабораторії Айдахо нещодавно провели експерименти, які показали, що радіаційно-індуковані реакції можуть допомогти зменшити корозію металів реактора в новому типі реактора, охолоджуваного розплавленими солями. Їхні висновки опубліковані в журналі Physical Chemistry Chemical Physics. «Реактори з розплавленими солями є перспективною технологією для безпечного, масштабованого виробництва ядерної енергії. Ці передові реактори можуть працювати при вищих, більш ефективних температурах, ніж традиційні реактори з водяним охолодженням, зберігаючи при цьому відносно навколишній тиск», — пояснив Джеймс Вішарт, видатний хімік з Брукхейвенської лабораторії та керівник дослідження. На відміну від реакторів з водяним охолодженням, у реакторах з розплавленими солями використовується охолоджувач, що складається виключно з позитивно та негативно заряджених іонів, які залишаються в рідкому стані лише при високих температурах. Це подібно до плавлення кристалів кухонної солі, поки вони не потечуть без додавання будь-якої іншої рідини. Вчені були особливо стурбовані відстеженням хрому, частого компонента металевих сплавів, запропонованих для ядерних реакторів з розплавленими солями. Коли хром розчиняється в розплавленій солі, деякі з його хімічних форм можуть прискорити процеси корозії, погіршуючи структурну цілісність і продуктивність реактора. Розподіл ступенів окиснення іонів хрому — скільки вільних електронних місць ці іони мають для хімічних реакцій — може бути фактором, який визначає, чи відбувається корозія. Вішарт і його співробітники використовували обладнання для вимірювання швидкості та температурної залежності реакцій двох типів іонів хрому з реактивними частинками, що утворюються під впливом радіації в розплавленій солі. «Наш аналіз показав, що чистий ефект радіації в середовищі розплавленої солі полягає в сприянні перетворенню корозійного Cr3+ на менш корозійний Cr2+», — сказав Вішарт. Це дослідження було продуктом Центру дослідження енергетичних рубежів «Розплавлені солі в екстремальних середовищах», створеного в Брукхейвенській національній лабораторії Управлінням науки DOE у 2018 році для вивчення фундаментальних властивостей і потенційних застосувань розплавлених солей у ядерних середовищах.