افزایش ایمنی رآکتورهای نمک مذاب با گرم کردن مواد هسته‌ای در چین به 1400 درجه فارنهایت
پژوهشی به رهبری دانشمندان در مؤسسات مختلف چین، به درک کلیدی از آسیب‌های هم‌افزایی ناشی از تابش و خوردگی در رآکتورهای نمک مذاب (MSR) منجر شده است.
پس از مطالعه مواد سیلیکون-کاربید (SiC) در دماهایی نزدیک به 1400 درجه فارنهایت (750 درجه سلسیوس)، داده‌های استخراج‌شده توسط محققان می‌تواند به استقرار ایمن‌تر رآکتورهای شکافت در آینده کمک کند.
رآکتورهای نمک مذاب یا MSR به دلیل قابلیت‌های کارایی سوخت بالا، تولید زباله هسته‌ای کم و عملکرد ایمن‌تر به عنوان رآکتورهای نسل چهارم طبقه‌بندی می‌شوند. این رآکتور به دلیل استفاده از نمک مذاب به عنوان خنک‌کننده و سوخت، نام خود را گرفته است زیرا مواد شکافت‌پذیر در نمک مخلوط می‌شوند.
طراحی رآکتور به طور ذاتی امن است زیرا حرارت بیش از حد طی فرآیند واکنش نمک را گسترش داده و از رآکتور خارج می‌کند. این حلقه بازخورد منفی رآکتور را خنک می‌کند و خطرات ذوب‌ریزش را کاهش می‌دهد. با این حال، این فناوری باید بر مسائل دیگر فائق آید تا به شکلی گسترده مستقر شود.
شرایط چالش‌برانگیز
استفاده از نمک، دماهای شدید و آزادسازی نوترون‌ها طی واکنش شکافت شرایط چالش‌برانگیزی برای رگها رآکتور ایجاد می‌کند. برای غلبه بر اینها، مواد سرامیکی مانند سیلیکون-کاربید (SiC) بر روی اجزای ساختاری MSRها استفاده می‌شود. این مواد غیرواکنشی از نوع شیمیایی هستند، ویژگی‌های نوترونی مناسبی دارند و می‌توانند دماهای بالا را تحمل کنند.
با این حال، اثر هم‌افزایی تابش و خوردگی، همراه با دماهای بالا، هنوز مشکلی است که نیاز به بررسی دقیق‌تری دارد. اثر هم‌افزایی می‌تواند باعث سخت شدن مواد شده و آنها را شکننده و مستعد شکست کند.
در حالی که تأثیر این شرایط بر MSRها به خوبی شناخته شده است، مکانیزم زیربنایی آن به خوبی درک نشده است. پژوهشگرانی از مؤسسات مختلف در چین گرد هم آمدند تا این مسئله را بیشتر بررسی کنند.
مطالعه SiC در 1400 درجه فارنهایت
در مطالعه خود، یک تیم پژوهشی در مؤسسه علوم کاربردی شانگهای، نمونه‌های SiC را که در دمای 1382 درجه فارنهایت (750 درجه سلسیوس) نگهداری شده بودند، به دو دوز تابش معروض کردند، یکی 2 x 10^16 یون در هر سانتی‌متر مربع و دیگری 1 x 10^17 یون در هر سانتی‌متر مربع.
علاوه بر این، نمونه‌های SiC تابش‌شده و غیرتابش‌شده در معرض نمک مذاب FLiNaK در این دماهای شدید قرار گرفتند تا رفتار هم‌افزایی خسارت را درک کنند.
در مطالعه این نمونه‌ها زیر یک میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM)، پژوهشگران دریافتند که خوردگی نمک مذاب FLiNAK یک فاز غنی از کربن با ساختار گرافیتیک در SiC تشکیل داده است. تیم همچنین دریافت که ناخالصی‌های Ni در نمک به صورت ترجیحی با پیوندهای Si-Si که به دلیل تابش ایجاد می‌شوند واکنش نشان داده و به فرآیند خوردگی کمک کرده است.
جیاتجیان لی، رهبر پژوهش در مؤسسه علوم کاربردی شانگهای، در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: "با بررسی تعداد تراکم و اندازه حباب‌های He در فاز غنی از C و SiC باقی‌مانده در نزدیکی مرز خوردگی و همچنین در ناحیه SiC دور از مرز، مشخص شد که فضای خالی حاصل از از دست دادن Si در طول خوردگی به انتقال و همگرا شدن حباب‌های He کمک کرده است."
لی افزود: "یافته‌های جمعی شواهد محرک و قانع‌کننده‌ای از رفتار هم‌افزایی خسارت تابش و خوردگی ارائه می‌دهند."
علاوه بر کمک به ایمن‌تر کردن رآکتورهای نمک مذاب، یافته‌های پژوهش به توسعه ترکیبات تقویت‌شده فیبر SiC و تعیین ترکیب دقیق ترکیبات Ni-Si در مرزهای خوردگی کمک خواهد کرد.
یافته‌های پژوهش در مجله سرامیک‌های پیشرفته منتشر شد.
