Επιλογή των σωστών δομικών υλικών για τους αντιδραστήρες σύντηξης

Πίστωση: Masatoshi Kondo

Διαβρώνονται δύο πολλά υποσχόμενα δομικά υλικά σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες όταν έρχονται σε επαφή με «γεννήτριες καυσίμων υγρών μετάλλων» στους αντιδραστήρες σύντηξης; Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο (Τεχνολογία Τόκιο), τα Εθνικά Ινστιτούτα Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (QST) και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Γιοκοχάμα (YNU) έχουν τώρα την απάντηση. Αυτή η συμβατότητα υψηλής θερμοκρασίας των δομικών υλικών του αντιδραστήρα με τη γεννήτρια υγρών – μια επένδυση γύρω από τον πυρήνα του αντιδραστήρα που απορροφά και παγιδεύει τα νετρόνια υψηλής ενέργειας που παράγονται στο πλάσμα μέσα στον αντιδραστήρα – είναι το κλειδί για έναν επιτυχημένο σχεδιασμό αντιδραστήρα σύντηξης.


Οι αντιδραστήρες σύντηξης μπορούν να είναι ένας ισχυρός τρόπος για την παραγωγή καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας και πολλά πιθανά σχέδια διερευνώνται επί του παρόντος. σε συγχώνευση αντιδραστήραςΗ σύντηξη δύο πυρήνων απελευθερώνει τεράστια ποσά ενέργειας. Αυτή η ενέργεια παγιδεύεται ως θερμότητα σε μια «κουβέρτα αναπαραγωγής» (BB), συνήθως μια υγρή ράβδο λιθίου, που περιβάλλει πυρήνα αντιδραστήρα. Αυτή η θερμότητα χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την τροφοδοσία ενός στροβίλου και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το BB έχει επίσης μια ουσιαστική λειτουργία αναπαραγωγής καυσίμου σύντηξης, δημιουργώντας έναν κλειστό κύκλο καυσίμου για την ατελείωτη λειτουργία των αντιδραστήρων χωρίς να τελειώνει το καύσιμο.

Η λειτουργία BB σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες άνω των 1.173 K εξυπηρετεί την ελκυστική λειτουργία της παραγωγής υδρογόνου από το νερό, μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για την επίτευξη μιας κοινωνίας ουδέτερης από άνθρακα. Αυτό είναι δυνατό επειδή το BB θερμαίνεται σε περισσότερο από 1173 K απορροφώντας ενέργεια από σύντηξη ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ. Σε τέτοιες θερμοκρασίες, υπάρχει κίνδυνος διάβρωσης των δομικών υλικών σε επαφή με το BB, απειλώντας την ασφάλεια και τη σταθερότητα των αντιδραστήρων. Είναι επομένως απαραίτητο να βρεθούν δομικά υλικά που να είναι χημικά συμβατά με το BB σε αυτές τις θερμοκρασίες.

Ένας τύπος ΒΒ που διερευνάται επί του παρόντος είναι το υγρό μέταλλο ΒΒ. Ένας πολλά υποσχόμενος υποψήφιος για τέτοια BB είναι το υγρό κράμα λιθίου (LiPb). ως υποψήφιοι για ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Συμβατό με υγρό LiPb σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, διερευνάται στον αέρα ένα ειδικό προοξειδωμένο καρβίδιο του πυριτίου (SiC), CVD-SiC και σίδηρο-χρωμίου-αλουμινίου (FeCrAl). Ωστόσο, οι πληροφορίες σχετικά με αυτήν τη συμβατότητα λείπουν για θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 973 Κ.

Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων από το Tokyo Tech, το QST και το YNU της Ιαπωνίας, με επικεφαλής τον καθηγητή Masatoshi Kondo του Tokyo Tech, έχει αποδείξει συμβατότητα σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο επιστήμη της διάβρωσης. «Η μελέτη μας δείχνει τις αποχρώσεις του Τρώω Μηχανισμός αντίστασης CVD-SiC και FeCrAl κράμα σε υγρό LiPb έως 1173 K», εξηγεί ο καθηγητής Kondo.

Η ομάδα συνέθεσε αρχικά LiPb υψηλής καθαρότητας με τήξη και ανάμιξη κόκκων Li και Pb σε μια συσκευή υπό συνθήκες κενού. Στη συνέχεια ζέσταιναν το κράμα στις παραπάνω θερμοκρασίες, όπου υγροποιήθηκε. Δείγματα CVD-SiC και δύο παραλλαγές του κράματος FeCrAl – με ή χωρίς επεξεργασία προοξείδωσης για σχηματισμό α-Al2ένα3επιφανειακό στρώμαΤοποθετήθηκε σε αυτό το υγρό LiPb για 250 ώρες για δοκιμή διάβρωσης. Ο καθηγητής Kondo σημειώνει, «Ένα ενδιαφέρον εύρημα είναι ότι, σε αντίθεση με την προηγούμενη βιβλιογραφία, η προεπεξεργασία της οξείδωσης για να σχηματίσει α-Al2ένα3 Το στρώμα δεν παρείχε αντοχή στη διάβρωση μεγαλύτερη από 1023 K.

Οι διατομές των δειγμάτων που ανακτήθηκαν έδειξαν ότι το CVD-SiC αντέδρασε με τις ακαθαρσίες στο κράμα LiPb για να σχηματίσει ένα στρώμα σύνθετων οξειδίων, το οποίο στη συνέχεια του παρείχε αντοχή στη διάβρωση. Το μη επεξεργασμένο κράμα FeCrAl σχημάτισε ένα στρώμα οξειδίου γ-LiAlO2 Κατά την αλληλεπίδραση με το LiPb, το οποίο στη συνέχεια λειτούργησε ως αντιδιαβρωτικό φράγμα. Στην περίπτωση του προκατεργασμένου FeCrAl, το α-Al2ένα3 Το επιφανειακό στρώμα παρέχει αντοχή στη διάβρωση στους 873 K αλλά μετατρέπεται σε γ-LiAlO2 στους 1173 K και ήταν γ-LiAlO2 Το οποίο στη συνέχεια παρείχε αντοχή στη διάβρωση.


Δαμάζοντας τον Ήλιο με Προσομοίωση Υπολογιστή


περισσότερες πληροφορίες:
Masatoshi Kondo et al, ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά για κουβέρτα σύντηξης υγρού LiPb σε υψηλή θερμοκρασία, επιστήμη της διάβρωσης (2021). DOI: 10.1016 / j.corsci.2021.110070

το απόσπασμα: Selection of Suitable Structural Materials for Fusion Reactors (2022, 3 Μαρτίου) Ανακτήθηκε στις 3 Μαρτίου 2022 από https://phys.org/news/2022-03-materials-fusion-reactor.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Πέθανε σε ηλικία 76 ετών ο πρώην Καναδός αστροναύτης Bjarne Tryggvason

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *