Czy dwa obiecujące materiały konstrukcyjne korodują w bardzo wysokich temperaturach w kontakcie z „generatorami paliwa z ciekłego metalu” w reaktorach termojądrowych? Naukowcy z Tokyo Institute of Technology (Tokyo Technology), National Institutes of Quantum Science and Technology (QST) oraz Yokohama National University (YNU) mają teraz odpowiedź. Ta kompatybilność wysokotemperaturowa materiałów konstrukcyjnych reaktora z generatorem cieczy — wyściółka wokół rdzenia reaktora, która pochłania i zatrzymuje wysokoenergetyczne neutrony wytwarzane w plazmie wewnątrz reaktora — jest kluczem do udanego projektu reaktora termojądrowego.
Reaktory termojądrowe mogą być potężnym sposobem generowania czystej energii elektrycznej, a obecnie bada się kilka potencjalnych projektów. W reaktorze termojądrowym fuzja dwóch jąder uwalnia ogromne ilości energii. Energia ta jest uwięziona w postaci ciepła w „kocu hodowlanym” (BB), zwykle w postaci płynnej bryłki litu, która otacza rdzeń reaktora. Ciepło to jest następnie wykorzystywane do zasilania turbiny i wytwarzania energii elektrycznej. BB pełni również istotną funkcję odtwarzania paliwa termojądrowego, tworząc zamknięty cykl paliwowy dla niekończącej się pracy reaktorów bez wyczerpania paliwa.
Eksploatacja BB w ekstremalnie wysokich temperaturach przekraczających 1173 K pełni atrakcyjną funkcję wytwarzania wodoru z wody, obiecującej technologii umożliwiającej osiągnięcie społeczeństwa neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla. Jest to możliwe, ponieważ BB jest podgrzewany do ponad 1173 K poprzez pochłanianie energii z reakcji fuzji. W takich temperaturach istnieje ryzyko korozji materiałów konstrukcyjnych stykających się z BB, zagrażającej bezpieczeństwu i stabilności reaktorów. Dlatego konieczne jest znalezienie materiałów konstrukcyjnych, które są chemicznie kompatybilne z BB w tych temperaturach.
Jednym z rodzajów kulek, który jest obecnie badany, jest kulka z ciekłego metalu. Obiecującym kandydatem na takie kulki jest ciekły stop litu (LiPb). Jako kandydaci na materiały konstrukcyjne zgodne z ciekłym LiPb w ultrawysokiej temperaturze, badane są specyficzne wstępnie utlenione stopy węglika krzemu (SiC), CVD-SiC i stopy żelazo-chrom-aluminium (FeCrAl). Brakuje jednak informacji o tej kompatybilności dla temperatur przekraczających 973 K.
Teraz zespół naukowców z Tokyo Tech, QST i YNU w Japonii, kierowany przez profesora Masatoshi Kondo z Tokyo Tech, wykazał kompatybilność w znacznie wyższych temperaturach. Ich odkrycia zostały opublikowane w nauka o erozji. „Nasze badanie pokazuje niuanse mechanizmu odporności na korozję stopów CVD-SiC i FeCrAl w ciekłym LiPb do 1173 K” – wyjaśnia prof. Kondo.
Zespół najpierw zsyntetyzował LiPb o wysokiej czystości poprzez stopienie i mieszanie granulek Li i Pb w urządzeniu w warunkach próżni. Następnie podgrzali stop do powyższych temperatur, gdzie został upłynniony. Próbki CVD-SiC i dwa warianty stopu FeCrAl – z obróbką wstępną lub bez obróbki wstępnej do α-Al2a3 Warstwa wierzchnia — ten płynny LiPb został umieszczony na 250 godzin w celu przeprowadzenia testu korozyjnego. Profesor Kondo zauważa: „Intrygującym odkryciem jest to, że w przeciwieństwie do wcześniejszej literatury, obróbka wstępna utleniania w celu wytworzenia α-Al2a3 Warstwa nie zapewniała odporności na korozję przekraczającej 1023 K.
Przekroje pobranych próbek wykazały, że CVD-SiC reagował z zanieczyszczeniami stopu LiPb tworząc warstwę złożonych tlenków, które następnie nadawały mu odporność na korozję. Nieobrobiony stop FeCrAl utworzył warstwę tlenku γ-LiAlO2 Po interakcji z LiPb, który następnie działał jako bariera antykorozyjna. W przypadku wstępnie obrobionego FeCrAl, α-Al2a3 Warstwa powierzchniowa zapewnia odporność na korozję w temperaturze 873 K, ale jest przekształcana w γ-LiAlO2 w 1173 K i był γ-LiAlO2 Który następnie zapewnił odporność na korozję.
Oswajanie słońca za pomocą symulacji komputerowej
Masatoshi Kondo i wsp., Materiały odporne na korozję do koca termojądrowego LiPb w podwyższonej temperaturze, nauka o erozji (2021). DOI: 10.1016 / j.corsci.2021.110070
cytat:
Wybór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych do reaktorów termojądrowych (2022, 3 marca)
Źródło 3 marca 2022
Od https://phys.org/news/2022-03-materials-fusion-reactor.html
Niniejszy dokument podlega prawu autorskiemu. Niezależnie od wszelkich uczciwych transakcji w celu prywatnych studiów lub badań, nie
Część może być powielana bez pisemnej zgody. Treść jest udostępniana wyłącznie w celach informacyjnych.
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
„Wybredne” pasożyty zmieniają metabolizm żywiciela, selektywnie jedząc swój własny bufet tłuszczowy
Inteligentniejszy od małp? Naukowcy kwestionują twierdzenia T. Rexa o inteligencji
Jak zobaczyć „niezwykły” rój meteorów Eta Aquaridus z Australii