Bức xạ Giảm Ăn mòn trong Lò phản ứng Muối nóng chảy: Một Hy vọng Mới cho Năng lượng Hạt nhân

Nhiệt độ cao và bức xạ ion hóa tạo ra môi trường ăn mòn cực cao bên trong lò phản ứng hạt nhân. Để thiết kế các lò phản ứng tồn tại lâu dài, các nhà khoa học phải hiểu các phản ứng hóa học do bức xạ gây ra tác động đến vật liệu cấu trúc như thế nào. Các nhà hóa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho gần đây đã thực hiện các thí nghiệm cho thấy các phản ứng do bức xạ gây ra có thể giúp giảm thiểu sự ăn mòn của kim loại lò phản ứng trong một loại lò phản ứng mới được làm mát bằng muối nóng chảy. Những phát hiện của họ được công bố trên tạp chí Physical Chemistry Chemical Physics. James Wishart, một nhà hóa học xuất sắc tại Phòng thí nghiệm Brookhaven và là người đứng đầu nghiên cứu, giải thích: "Lò phản ứng muối nóng chảy là một công nghệ mới nổi để sản xuất năng lượng hạt nhân an toàn hơn, có thể mở rộng quy mô. Các lò phản ứng tiên tiến này có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, hiệu quả hơn so với các công nghệ lò phản ứng làm mát bằng nước truyền thống trong khi vẫn duy trì áp suất môi trường tương đối." Không giống như các lò phản ứng làm mát bằng nước, lò phản ứng muối nóng chảy sử dụng chất làm mát được tạo thành hoàn toàn từ các ion tích điện dương và âm, chỉ tồn tại ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao. Nó tương tự như việc làm tan chảy các tinh thể muối ăn cho đến khi chúng chảy mà không cần thêm bất kỳ chất lỏng nào khác. Các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến việc theo dõi crom, một thành phần thường xuyên của hợp kim kim loại được đề xuất cho lò phản ứng hạt nhân muối nóng chảy. Khi crom hòa tan vào muối nóng chảy, một số dạng hóa học của nó có thể đẩy nhanh quá trình ăn mòn, làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc và hiệu suất của lò phản ứng. Sự phân bố các trạng thái oxy hóa của ion crom - số lượng chỗ trống electron mà các ion này có sẵn cho các phản ứng hóa học - có thể là yếu tố quyết định xem có xảy ra ăn mòn hay không. Wishart và các cộng tác viên của ông đã sử dụng các cơ sở để đo tốc độ và sự phụ thuộc nhiệt độ của các phản ứng của hai loại ion crom với các chất phản ứng được tạo ra bởi bức xạ trong muối nóng chảy. Wishart nói: "Phân tích của chúng tôi chỉ ra rằng hiệu ứng ròng của bức xạ trong môi trường muối nóng chảy là ưu tiên chuyển đổi Cr3+ ăn mòn thành Cr2+ ít ăn mòn hơn." Nghiên cứu này là sản phẩm của Trung tâm Nghiên cứu Tiền tuyến Năng lượng Muối nóng chảy trong Môi trường Khắc nghiệt được thành lập tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven bởi Văn phòng Khoa học của DOE vào năm 2018 để khám phá các đặc tính cơ bản và các ứng dụng tiềm năng của muối nóng chảy trong môi trường hạt nhân.