Исследования, проведенные учеными из различных институтов Китая, позволили получить важные сведения о синергетическом ущербе, вызванном облучением и коррозией в реакторах на расплавленных солях (MSR).
Полученные исследователями данные, полученные в результате изучения материалов на основе карбида кремния (SiC) при температурах около 1400 градусов по Фаренгейту (750 градусов по Цельсию), могут помочь в более безопасном развертывании ядерных реакторов в ближайшем будущем.
Реакторы на расплавленной соли или MSR классифицируются как ядерные реакторы IV поколения из-за их возможностей высокой топливной эффективности, низкого образования ядерных отходов и более безопасной эксплуатации. Реактор получил свое название от использования расплавленной соли в качестве охладителя и топлива, поскольку расщепляющийся материал смешивается внутри соли.
Конструкция реактора изначально безопасна, поскольку избыточное тепло в процессе реакции расширяет соль и выталкивает ее из реактора. Этот контур отрицательной обратной связи охлаждает реактор, снижая риски расплавления. Однако технология должна преодолеть другие проблемы, прежде чем ее можно будет широко внедрить.
Сложные условия
Использование соли, экстремальные температуры и выброс нейтронов во время реакции деления создают некоторые сложные условия для корпусов реакторов. Чтобы преодолеть их, в структурных компонентах MSR используются керамические материалы, такие как карбид кремния (SiC). Эти материалы химически инертны, имеют благоприятные нейтронные характеристики и могут выдерживать высокие температуры.
Однако синергетический эффект облучения и коррозии, наряду с высокими температурами, все еще является проблемой, требующей более тщательного изучения. Синергетический эффект может вызвать затвердевание материала, делая его хрупким и склонным к трещинам.
Хотя влияние этих условий на MSR хорошо известно , лежащий в основе механизм не совсем понятен. Исследователи из различных институтов Китая собрались вместе, чтобы изучить это более подробно.
Изучение SiC при температуре 1400 градусов по Фаренгейту
В своем исследовании научная группа из Шанхайского института прикладной физики подвергла образцы SiC, поддерживаемые при температуре 1382 градуса по Фаренгейту (750 градусов по Цельсию), облучению двумя дозами: 2 x 10^16 ионов на см2 и 1 x 10^17 ионов на см2.
Кроме того, облученные и необлученные образцы SiC подвергались воздействию расплавленной соли FLiNaK при этих экстремальных температурах, чтобы изучить синергетическое поведение повреждений.
Изучая эти образцы под просвечивающим электронным микроскопом (ПЭМ), исследователи обнаружили, что коррозия расплавленной соли FLiNAK образовала богатую углеродом фазу с графитовой структурой в SiC. Команда также обнаружила, что примеси Ni в соли преимущественно реагировали со связями Si-Si, образованными в результате облучения, и дополнительно способствовали процессу коррозии.
«После исследования плотности и размера пузырьков гелия в богатой углеродом фазе и выжившего SiC вблизи границы коррозии, а также в области SiC вдали от границы, было установлено, что вакансии, возникающие в результате потери Si во время коррозии, способствуют миграции и слиянию пузырьков гелия», — сказал Цзяньцзянь Ли, руководитель исследования Шанхайского института прикладной физики, в пресс-релизе .
«Коллективные результаты убедительно свидетельствуют о синергетическом поведении повреждений под воздействием облучения и коррозии», — добавил Ли.
Результаты исследования не только помогут сделать реакторы на расплавленных солях более безопасными, но и помогут разработать композиты на основе матрицы SiC, армированные волокнами SiC, а также определить точный состав соединений Ni-Si на границах коррозии.