Des chercheurs démontrent une nouvelle methodology pour surveiller les fuites de sels fondus dans le graphite nucléaire

En réponse au regain d’intérêt global pour les réacteurs à sels fondus, des chercheurs du laboratoire nationwide d’Oak Ridge du ministère de l’Énergie ont développé une nouvelle methodology permettant de visualiser l’infiltration de sels fondus dans le graphite.

Au cours de l’expérience révolutionnaire sur le réacteur à sels fondus, ou MSRE, de l’ORNL, dans les années 1960, les scientifiques ont démontré pour l. a. première fois l. a. faisabilité de réactions de fission nucléaire utilisant du sel fluorure fondu utilisé comme fortify de flamable et liquide de refroidissement, remplaçant le flamable solide et l’eau utilisés dans l’énergie nucléaire conventionnelle. . Réacteurs. Les conceptions de réacteurs à sels fondus sont très prometteuses en tant que moyen de produire de l’énergie sans carbone.

Pour ralentir les neutrons afin qu’ils puissent facilement favoriser l. a. fission nucléaire, les réacteurs nucléaires utilisent une substance appelée modérateur. Pour atténuer les MSRE, les scientifiques ont utilisé du graphite synthétique, résistant aux chocs thermiques et dimensionnellement solid en raison du vaste système de pores résultant du processus de fabrication.

Le graphite MSRE est spécialement fabriqué et spécialement revêtu pour réduire l. a. porosité et se défendre contre les effets dommageables qui peuvent survenir lorsque les pressions hydrauliques et gazeuses provoquent l’infiltration de sel fondu dans les pores du graphite. De plus, l. a. prévention des fuites de sels fondus évite des problèmes supplémentaires de gestion des déchets lors de l’arrêt du réacteur.

Après l’achèvement de l’expérience ORNL en 1969, le potentiel des réacteurs à sels fondus était largement inexploré jusqu’au 21e siècle, et l. a. baisse de l. a. demande de graphite spécial a conduit à l’arrêt de ce matériau parmi les fabricants nationaux de graphite. Avec une légère augmentation de l. a. recherche sur les réacteurs à sels fondus mais pas de MSRE sur graphite, les scientifiques d’aujourd’hui doivent identifier un graphite alternatif pour réussir à atténuer les réactions nucléaires dans les sels fondus.

Cependant, l’ambiguïté entourant les effets de l’infiltration de sels fondus constitue un impediment à l. a. découverte. Les scientifiques ont une compréhension limitée des caractéristiques microscopiques qui permettent à certaines qualités de graphite de mieux résister à l’intrusion que d’autres, et de l. a. manière dont l’intrusion de sel affecte d’autres propriétés du graphite.

Dans l’espoir de résoudre ces doutes, une équipe de scientifiques de l’ORNL dirigée par Nidia Gallego et Jisue Moon a étudié les fuites de sel fondu à travers différentes qualités de graphite et a validé l. a. première methodology permettant de visualiser et de surveiller l. a. profondeur de pénétration du sel fondu et sa distribution dans pores de graphite.

“Il est vital pour nous, en tant que scientifiques des matériaux, d’aider à tester et à développer des tactics que nous pouvons utiliser ou d’avoir une meilleure point of view sur ce que nous devons faire pour comprendre remark le sel pénétrant dans les pores peut affecter les propriétés mécaniques ou thermiques du graphite”, a déclaré Gallego, un scientifique distingué de l’équipe de recherche et développement du département des sciences chimiques de l’ORNL.

Traditionnellement, les scientifiques mesurent l. a. lixiviation du sel en pesant le graphite avant et après exposition au sel fondu. Les chercheurs de l’ORNL espèrent acquérir une compréhension plus détaillée de l’infiltration en observant réellement ce qui se passe à l’intérieur du graphite.

Gallego et Moon, scientifiques associés en recherche et développement au Département des sciences et applied sciences des radio-isotopes, ont d’abord expérimenté l. a. tomographie à rayons X pour évaluer l’intrusion de sel, mais cette méthode, qui prenait beaucoup de temps, nécessitait des échantillons plus petits et n’était pas en mesure de fournir suffisamment de contraste pour obtenir une symbol claire. regardez de plus près à l’intérieur des pores du graphite.

L’équipe s’est tournée vers l’imagerie neutronique, adaptée aux échantillons de grande taille.

“Avant de commencer à utiliser l’imagerie neutronique, nous devions détruire l’échantillon pour visualiser l’intrusion de sel à l’aide de tactics de microscopie”, a expliqué Moon. “Cependant, en utilisant l’imagerie neutronique, nous pouvons effectuer une tomodensitométrie 3D de l’ensemble de l’échantillon pour visualiser l. a. distribution du sel, puis effectuer des analyses supplémentaires si nécessaire.”

À l’aide de l’tool Complicated Multimodal Imaging Station du Top Flux Isotope Reactor, ou HFIR, une set up utilisateur du DOE Administrative center of Science à l’ORNL, les chercheurs ont réalisé l. a. première visualisation 3D directe de l. a. distribution des sels fondus dans les pores du graphite, une nouvelle réalisation.

En imagerie neutronique, les coefficients d’atténuation des neutrons, qui décrivent l. a. manière dont un faisceau de neutrons est atténué lorsqu’il traverse un matériau, diffèrent considérablement entre le graphite et un sel de fluorure. Cette différence a créé un castle contraste visuel entre les matériaux que les chercheurs ont observés lors de l. a. reconstruction de events du graphite.

“L’imagerie neutronique est idéale automobile elle nous permet de visualiser où va le sel”, a déclaré Gallego.

À l’aide de reconstructions 3D, Gallego et Moon ont comparé l. a. pénétration du sel fondu dans les pores du graphite pour différentes qualités et tailles de particules différentes. Dans les stipulations spécifiques de pression et de température utilisées dans les expériences d’exposition au sel, les chercheurs ont déterminé que dans l. a. plupart des grains de graphite ultrafins, l. a. pénétration était irrégulière, limitée aux premiers millimètres sous l. a. floor du graphite et centrée autour de l. a. circonférence de l. a. phase transversale de l’échantillon.

Dans le graphite à grain moyen-fin, qui possède des pores plus grands que le graphite ultra-fin, le sel pénétrait plus profondément dans le matériau et couvrait toute l. a. phase transversale de l’échantillon.

L’équipe a finalement identifié l. a. microstructure du graphite, qui décrit l. a. taille et l. a. répartition des pores, comme le facteur le plus vital pour déterminer l. a. pénétration des sels fondus et l. a. répartition de l. a. densité à une température et une pression données.

“Une fuite de sel fondu pourrait affecter de manière significative le fonctionnement des réacteurs à sel fondu”, a déclaré Moon. “Cette recherche peut nous aider à en apprendre davantage sur l’effet du sel dans les matériaux en graphite et ainsi nous aider à développer des méthodes plus standardisées pour concevoir du graphite approprié.”

Après avoir publié leurs conclusions dans carboneGallego et Moon poursuivent leurs recherches avec les scientifiques du HFIR pour améliorer l. a. résolution de l’imagerie neutronique et surveiller les fuites de sel fondu avec des variables supplémentaires de température, de pression et de temps.

“D’un level de vue technologique, il y a beaucoup d’améliorations et de développements possibles qui intéressent les scientifiques et qui nous donneront également beaucoup d’informations sur l. a. dynamique et l. a. cinétique du processus”, a déclaré Gallego.

À terme, l’équipe espère développer des modèles prédictifs pour décrire remark différentes qualités de graphite réagissent aux fuites de sel et améliorer les paramètres de fonctionnement des réacteurs à sels fondus, qui indiquent les exigences physiques et tactics des réacteurs mais manquent de spécifications sur les qualités de graphite préférées.

“Comprendre remark le graphite interagit avec le sel est a very powerful”, a déclaré Gallego.