研究人員發現,未經處理的鹽在熔鹽反應堆中可能會造成重大挑戰。來自利物浦大學及哥本哈根原子能公司的團隊指出,使用未經處理的鹽會導致嚴重的腐蝕,並造成熔鹽反應堆的金屬損失。使用高純度鹽則會在經過 3,000 小時後仍然幾乎沒有腐蝕。團隊證明了純化對熔鹽反應堆材料相容性的重要性,並強調鹽的純度在熔融氟化鹽中對 316 L 不銹鋼的腐蝕影響重大,316 L 不銹鋼是一種廣泛使用且具成本效益的材料。
熔鹽反應堆是六種第四代核反應堆技術之一,其設計因使用熔鹽作為冷卻劑和燃料而顯得極具潛力。熔鹽在常壓下的高沸點降低了爆炸風險,並與輕水反應堆相比降低了成本,因為不需要壓力容器。研究人員對 316L 不銹鋼在經過純化和未經處理的熔鹽(如 FLiNaK 和 LiThF)中進行了長期腐蝕測試,測試溫度高達 700°C。結果顯示,含水分和氧化物的未經處理鹽會造成嚴重腐蝕,在僅 1,000 小時後就出現金屬損失、表面退化和結構削弱。
發表在《核材料雜誌》上的研究指出,暴露於未經處理鹽中的樣品顯示出顯著的金屬剝落和表面光澤喪失。團隊揭示,在暴露於未經處理鹽的樣品表面上觀察到棕色沉積物,這可能是由於實驗後六個月內的環境條件引起的鐵氧化物形成。這暗示著未經處理鹽中的雜質造成的腐蝕,導致保護性的鈉鉻氧化物(Cr2O3)層被溶解,暴露出底層的 316 L 合金,進而使表面的鉻(Cr)耗損,降低了其形成被動 Cr2O3 層的能力。
利物浦大學核材料學教授 Maulik Patel 表示,鹽的純度對於熔鹽反應堆中的腐蝕控制至關重要。這些結果確認了數十年來的研究,包括在奧克里奇的 MSRE 時期的工作所指向的方向:如果去除反應性雜質,熔鹽可以成為反應堆材料的穩定且可管理的環境。這對該領域來說是一個重大進步。
研究人員還指出,熔鹽反應堆是一種有前途的技術,能夠提供清潔、經濟和高效的核能。然而,熔融氟化鹽的惡劣高溫環境歷來會導致結構材料的快速腐蝕,限制了其商業可行性。先前的解決方案依賴於昂貴的高鎳合金,這提高了成本並使製造變得複雜。哥本哈根原子能公司的共同創始人及副總裁 Thomas Steenberg 表示,希望此研究能夠終結熔鹽反應堆因腐蝕而不可行的迷思,使用工程控制遠比使用難以獲得的異常合金更可取。




