Straling vermindert corrosie in gesmolten zoutreactoren: een nieuwe hoop voor kernenergie

Hoge temperaturen en ioniserende straling creëren extreem corrosieve omgevingen in kernreactoren. Om duurzame reactoren te ontwerpen, moeten wetenschappers begrijpen hoe stralingsgeïnduceerde chemische reacties structurele materialen beïnvloeden. Chemici van het U.S. Department of Energy's (DOE) Brookhaven National Laboratory en Idaho National Laboratory hebben onlangs experimenten uitgevoerd die aantonen dat stralingsgeïnduceerde reacties de corrosie van reactormetalen kunnen helpen verminderen in een nieuw type reactor dat wordt gekoeld door gesmolten zouten. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Chemistry Chemical Physics. "Gesmolten zoutreactoren zijn een opkomende technologie voor veiligere, schaalbare kernenergieproductie. Deze geavanceerde reactoren kunnen werken bij hogere, efficiëntere temperaturen dan traditionele watergekoelde reactortechnologieën, terwijl ze een relatief omgevingsdruk behouden", legt James Wishart uit, een vooraanstaand chemicus bij Brookhaven Lab en leider van het onderzoek. In tegenstelling tot watergekoelde reactoren, gebruiken gesmolten zoutreactoren een koelmiddel dat volledig bestaat uit positief en negatief geladen ionen, die alleen bij hoge temperaturen in vloeibare toestand blijven. Het is vergelijkbaar met het smelten van tafelzoutkristallen totdat ze vloeien zonder dat er andere vloeistoffen worden toegevoegd. De wetenschappers waren vooral bezorgd over het volgen van chroom, een veel voorkomend bestanddeel van de metaallegeringen die worden voorgesteld voor gesmolten zoutkernreactoren. Wanneer chroom oplost in het gesmolten zout, kunnen sommige van zijn chemische vormen corrosieprocessen versnellen, waardoor de structurele integriteit en prestaties van de reactor in gevaar komen. De verdeling van chroomionoxidatietoestanden - hoeveel elektronvacatures deze ionen beschikbaar hebben voor chemische reacties - kan de factor zijn die bepaalt of corrosie optreedt. Wishart en zijn medewerkers gebruikten faciliteiten om de snelheden en temperatuurafhankelijkheden te meten van reacties van de twee soorten chroomionen met reactieve soorten die worden gegenereerd door straling in gesmolten zout. "Onze analyse gaf aan dat het netto-effect van straling in de gesmolten zoutomgeving is om de omzetting van corrosieve Cr3+ naar minder corrosieve Cr2+ te bevorderen", aldus Wishart. Dit onderzoek was een product van het Molten Salts in Extreme Environments Energy Frontier Research Center, opgericht in Brookhaven National Laboratory door het DOE Office of Science in 2018 om de fundamentele eigenschappen en potentiële toepassingen van gesmolten zouten in nucleaire omgevingen te onderzoeken.