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Elección de los materiales estructurales adecuados para los reactores de fusión

Elección de los materiales estructurales adecuados para los reactores de fusión

Crédito: Masatoshi Kondo

¿Dos materiales estructurales prometedores se corroen a temperaturas muy altas al entrar en contacto con «generadores de combustible de metal líquido» en reactores de fusión? Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Technology), los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica (QST) y la Universidad Nacional de Yokohama (YNU) ahora tienen la respuesta. Esta compatibilidad de alta temperatura de los materiales estructurales del reactor con el generador de líquido, un revestimiento alrededor del núcleo del reactor que absorbe y atrapa los neutrones de alta energía producidos en el plasma dentro del reactor, es clave para el éxito del diseño del reactor de fusión.


Los reactores de fusión pueden ser una forma poderosa de generar electricidad limpia, y actualmente se están explorando varios diseños potenciales. en la fusión reactorLa fusión de dos núcleos libera enormes cantidades de energía. Esta energía queda atrapada como calor en una «manta de reproducción» (BB), generalmente un lingote de litio líquido, que rodea núcleo del reactor. Este calor se utiliza luego para impulsar una turbina y generar electricidad. BB también tiene una función esencial de reproducción del combustible de fusión, creando un ciclo de combustible cerrado para el funcionamiento continuo de los reactores sin quedarse sin combustible.

Operar BB a temperaturas extremadamente altas por encima de 1173 K cumple la función atractiva de producir hidrógeno a partir del agua, una tecnología prometedora para lograr una sociedad neutral en carbono. Esto es posible porque BB se calienta a más de 1173 K absorbiendo energía de fusión Interacción. A tales temperaturas, existe riesgo de corrosión de los materiales estructurales en contacto con BB, amenazando la seguridad y estabilidad de los reactores. Por lo tanto, es necesario encontrar materiales estructurales que sean químicamente compatibles con BB a estas temperaturas.

Un tipo de BB que se está explorando actualmente es el BB de metal líquido. Un candidato prometedor para tales BB es la aleación de litio líquido (LiPb). como candidatos para materiales de construcción Compatible con LiPb líquido a temperaturas muy altas, se explora en el aire un material específico de carburo de silicio preoxidado (SiC), CVD-SiC y hierro-cromo-aluminio (FeCrAl). Pero falta información sobre esta compatibilidad para temperaturas superiores a 973 K.

Ahora, un equipo de científicos de Tokyo Tech, QST y YNU, Japón, dirigido por el profesor Masatoshi Kondo de Tokyo Tech, ha demostrado compatibilidad a temperaturas mucho más altas. Sus hallazgos fueron publicados en ciencia de la erosión. “Nuestro estudio ilustra los matices de Come Mecanismo de resistencia CVD-SiC y FeCrAl aleación en LiPb líquido hasta 1173 K”, explica el profesor Kondo.

El equipo primero sintetizó LiPb de alta pureza fundiendo y mezclando gránulos de Li y Pb en un dispositivo en condiciones de vacío. Luego calentaron la aleación a las temperaturas anteriores, donde se licuó. Muestras de CVD-SiC y dos variantes de la aleación FeCrAl – con o sin tratamiento de preoxidación para formar α-Al2a3capa superficialSe colocó en este LiPb líquido durante 250 horas para la prueba de corrosión. El profesor Kondo señala: «Un hallazgo intrigante es que, en contraste con la literatura anterior, el pretratamiento de oxidación para formar α-Al2a3 La capa no proporcionó una resistencia a la corrosión superior a 1023 K”.

Las secciones transversales de las muestras recuperadas mostraron que CVD-SiC reaccionó con las impurezas de la aleación de LiPb para formar una capa de óxidos complejos, que luego le otorgaron resistencia a la corrosión. La aleación de FeCrAl sin tratar formó una capa de óxido de γ-LiAlO .2 Al interactuar con LiPb, que luego actuó como una barrera anticorrosión. En el caso de FeCrAl pretratado, el α-Al2a3 La capa superficial proporciona resistencia a la corrosión a 873 K pero se convierte en γ-LiAlO2 a 1173 K y fue γ-LiAlO2 Que luego proporcionó resistencia a la corrosión.


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más información:
Masatoshi Kondo et al, Materiales resistentes a la corrosión para mantas de fusión de LiPb líquido a temperatura elevada, ciencia de la erosión (2021). DOI: 10.1016 / j.corsci.2021.110070

La frase: Selección de materiales estructurales adecuados para reactores de fusión (3 de marzo de 2022) Obtenido el 3 de marzo de 2022 de https://phys.org/news/2022-03-materials-fusion-reactor.html

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