避免高温材料腐蚀在核聚变反应堆

Masatoshi近藤AZoM与博士从东京技术学院的液态金属和材料腐蚀的聚变反应堆高温。欧洲杯足球竞彩

请,你能介绍你自己和你是如何研究液态金属?

我叫近藤雅俊,我是一个医生的工程和创新研究的研究所,副教授东京理工学院、日本。

液态金属是创新的冷却剂对能源发电厂因为他们有良好的热性能(即。,良好的导热性和高沸点),如表1所示。然而,液态金属结构材料的化学兼容性能源发电厂是一个需要解决的重要问题。欧洲杯足球竞彩

表1:液态金属的主要热性能

	熔点 K	沸点 K	热导率 在800 K (W /可)
钠(Na)	371年	1155年	53
锡(Sn)	505年	2543年	33
铅铋共晶(LBE或PbBi)	397年	1943年	14
锂铅共晶(米歇尔或LiPb)	235年	1992年	25

我开始工作在液态金属的兼容性问题当我还是一个研究生在东京理工学院。我的博士论文的题目是“研究冶金改变钢和陶瓷的铅铋和化学控制流动的液态合金”,它描述了缓解沉重的液态金属材料腐蚀的方法。20年来我一直在研究液态金属技术,现在,我发表了超过80国际关于液态金属的文章问题。欧洲杯猜球平台

液体金属。视频来源:Masatoshi近藤博士

传统上使用的是什么材料的聚变反应堆的“育种欧洲杯足球竞彩毯子”和它们的功能是什么?

聚变反应堆可能是一个强大的生成清洁电力的方法,目前,正在探索和一些潜在的设计。聚变反应堆,融合两个核原子释放出大量的能量。这能量以热量被困在一个“育种毯子(BB),“例如液态锂合金,周围的反应堆堆芯。然后使用这些热量来驱动涡轮机发电。BB还有聚变燃料育种的一个重要功能创建一个封闭的反应堆燃料循环的无尽的操作没有燃料消耗。

“液态金属燃料育种者”是什么?

聚变反应堆的液态金属燃料育种者被称为“液体育种者”,和BB液体育种者称为“液体毯”。这种液体的毯子是一个高性能组件的聚变反应堆,因为它能产生热量和聚变燃料在同一时间。

液体的操作毯子在极高的温度下超过1100 K是生产氢从水的功能,这是一种有希望的技术来实现碳中性的社会。这是可能的,因为空气升温到1100 K的吸收能量的聚变反应。在这样的温度下,存在的风险结构材料与空气接触腐蚀,影响反应堆的安全性和稳定性。欧洲杯足球竞彩因此需要找到结构材料化学兼容BB的材料在这些温度。欧洲杯足球竞彩

你能够证明什么温度耐腐蚀到吗?

液态金属是液体金属或金属合金的工作温度。液态金属结构材料可以溶解一些金属元素(如铁(Fe)、铬(Cr)和镍(镍))由于解散和合金的反应。欧洲杯足球竞彩结构材料可以成为多孔的表面由于金属元素的损耗时由于溶解腐蚀结构材料暴露在液体金属在高温下了很长时间。欧洲杯足球竞彩

图2介绍了钢腐蚀液体金属的例子。钢是明显腐蚀在823 K左右从250小时到1000小时,由于损耗从表面的金属元素。在更高的温度下腐蚀强度更重要。因此,它并不期望任何结构材料可以在液体LiPb生存在900°C。欧洲杯足球竞彩

图2的例子钢腐蚀液体金属(a)在暴露于液体PbBi流在823 K 1000小时(Ref。1),(b)在873 K接触液体SnLi后250小时(Ref。2)和(c)在873 K接触液体SnLi后750小时(Ref。2]

你的研究探讨了一些结构性材料的耐腐蚀性能在更高的温度。欧洲杯足球竞彩这些材料是欧洲杯足球竞彩什么,为什么他们选择你的研究吗?

我们的团队从东京理工学院的科学家(日本技术),国立量子科技、横滨国立大学,日本,已经证明了在更高温度下的兼容性。欧洲杯线上买球我们最近的研究表明CVD-SiC的耐腐蚀机理的细微差别和FeCrAl合金液体LiPb 1173 K。我们最近在一篇文章中报道了研究成果腐蚀科学欧洲杯线上买球材料上,这是一个权威期刊兼容性。

我们的团队首次合成高纯度LiPb融化和混合颗粒的李和Pb装置在真空条件下,如图3所示。然后加热上述温度的合金,这时它被液化。样品FeCrAl CVD-SiC和两个变体的合金具有,没有形成一个α-Al pre-oxidation治疗₂O₃表面膜放置在这种液体LiPb腐蚀测试的250小时。近藤教授指出,“一个有趣的发现是,与先前的文献相反,形成一个α-Al氧化预处理₂O₃层没有提供耐腐蚀超过1023 k .”

图3合成装置的高纯度LiPb合金

图4说明了突出的研究成果发表文章。

横截面上的检索样本显示,CVD-SiC反应与LiPb合金中的杂质形成一层复杂的氧化物,然后为它提供了耐腐蚀。未经处理的FeCrAl合金形成一层氧化物γ-LiAlO₂在与LiPb反应,然后作为一个防腐障碍。在预处理的FeCrAl,α-Al₂O₃表层提供耐腐蚀873 K,但转换成γ-LiAlO₂在1173 K,这是γ-LiAlO₂然后提供耐腐蚀。

预计这些发现证明有用的见解在设计和选择新的聚变反应堆结构材料,这可能为绿色经济铺平道路。欧洲杯足球竞彩

图4的碳化硅和FeCrAl合金耐腐蚀液体LiPb 1173 K

多么重要你相信聚变反应堆可以清洁能源革命?

聚变反应堆没有公司可以提供巨大的能量₂排放。氘和氚聚变燃料。聚变反应产生的高能中子可以根据李的转化品种氚氚在液体中毯子。氘和锂可以从海水中恢复过来,这使得它们丰富。因此,聚变燃料几乎是无穷无尽的。因此,聚变反应堆是一种很有前途的技术,可以促进人类社会的可持续发展基于碳中和。

有多重要你的研究将朝着努力扩大聚变反应堆的使用清洁能源生产?

我们澄清FeCrAl合金可以用液态金属化学兼容1173 K。的氢聚变反应堆可以产生水和生物质液体毯子可以在1173 K操作。因此,核聚变反应堆不仅可以提供电氢的未来社会亦是如此。

读者在哪里可以找到更多的信息?

研究链接:

正敏近藤^1,⁎,Susumu畠山直哉²,直子Oono³,隆Nozawa^4所示。耐蚀材料液体LiPb融合毯子在高温操作。欧洲杯足球竞彩腐蚀科学。欧洲杯线上买球10.1016 / j.corsci.2021.110070

¹创新研究院、东京理工学院、日本²研究生主修核工程、工程学院、日本东京理工学院³日本横滨国立大学⁴日本国立量子科学的技术欧洲杯线上买球

研究总结视频名为“液态金属,塑造我们的世界”是2021年6月发布。这个视频中解释的吸引力成为液体金属,如水和油在较低温度下,和认为他们独特的应用研究。当我们想到液态金属时,我们想象金属在炼铁和金属焊接过程。液态金属是热转移,及其在能源植物作为制冷剂也有据可查。这个视频展示了研究人员正在尝试完全不同的应用方法产生影响。视频来源:东京科技/ Youtube.com

进一步的参考

ref . 1: m .近藤m .高桥铃木t . k .石川k .哈塔,邱,h . Sekimoto冶金研究钢的腐蚀和腐蚀行为暴露在液态铅铋流,j .诊断。母亲,343 (2005)349 - 359。

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.08.037

ref . 2: m .近藤m . Ishii t . Muroga腐蚀钢的熔化镓(Ga), (Sn)锡和锡合金锂(Sn-20Li),融合Eng。Des。98 - 99 (2015) 2003 - 2008。

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.05.051。

关于博士正敏近藤

近藤拿到博士学位博士研究生院核科学与工程部门工程2006年东京理工学院。欧洲杯线上买球近藤博士的实验室,实验室对零碳能源核工程系,在东京理工学院,进行材料研究和热水力学研究核裂变和核聚变反应堆。他积极参与众多委员会,包括科学和核聚变等离子体研究的日本社会,日本原子能协会。欧洲杯线上买球