位於奧克里奇國家實驗室(ORNL)的研究人員正在將其核材料研究集中於新的轉化研究能力大樓。這一舉措旨在整合之前分散於十多個地點的工作,專注於材料在核融合反應堆護套所需環境中的耐受性。該設施設計以支持使用熔融鹽和液態金屬的反應堆開發,這些物質是高效的熱傳導流體,能在低壓下實現高運行溫度。研究人員在新聞稿中指出:「然而,熔融鹽和液態金屬會創造出嚴苛的環境,可能會降解反應堆的材料,使得腐蝕研究成為促進這些概念的一個關鍵領域。」
在核融合與先進裂變設計中,結構材料的降解涉及多個複雜的過程。研究顯示,關鍵合金成分可能會減少,而材料可能會經歷脆化,導致裂紋和失效。金屬內部的強化相可能會隨著有害相的生成而溶解,機械應力與中子輻射的結合可能會加劇這些影響。ORNL的腐蝕科學與技術小組正在研究這些相互作用,以確定哪些材料可以在長時間內保持穩定。這包括評估金屬合金在暴露於核過程產生的高能中子時,對腐蝕元素的反應。
在磁約束核融合架構中,例如托卡馬克和恆星器,護套元件必須環繞等離子體。這個護套旨在吸收中子的熱量和能量,以生成電力並現場生產燃料。使用熔融鹽作為這個護套的一個主要概念正處於調查之中,儘管這需要進一步的實驗數據來理解材料相互作用。ORNL腐蝕科學與技術小組的負責人Rishi Pillai指出,儘管研究歷來專注於如何維持等離子體,但護套因其多功能性及所涉及材料的複雜性而呈現出自身的技術要求。Pillai表示:「數十年來的研究集中於如何創建和維持等離子體中的核融合,但護套因其多功能性和複雜的材料交互作用而成為一項艱巨的挑戰。將熔融鹽納入護套的概念需要更多實驗調查,以探索其解決這一挑戰的潛力。」
該實驗室目前的工作依賴於1960年代熔融鹽反應堆實驗和液態金屬冷卻的實驗繁殖反應堆II的專業知識。保持這一技術知識使得該實驗室能夠支持當前工業對這些技術的興趣。為了提供反應堆部署所需的數據,該小組正在測試傳統製造的合金、增材製造的部件及專業塗層系統。這項研究將物理觀察與計算機建模相結合,以分析材料在反應堆條件下的性能。Pillai總結道:「這一獨特的能力組合使得ORNL成為應對裂變和融合挑戰的領先實驗室。」
