Xavier Boyer Des chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo et de l’Institut nationwide des sciences de la fusion ont clarifié la compatibilité chimique entre l’étain métallique liquide à haute température (Sn) et le martensitique ferritique à activation réduite, un matériau structurel candidat pour les réacteurs de fusion. Cette découverte a ouvert la voie au développement d’un divertor en étain à métal liquide, qui est un composant avancé d’évacuation de la chaleur des réacteurs de fusion. Pour les divertors.
Arrière prepare
Les réacteurs à fusion sont activement développés dans le monde entier comme une forme d’énergie tough sans carbone vehicle leur flamable peut être extrait d’une source inépuisable d’eau de mer. De additionally, ils n’émettent pas de gaz à effet de serre. Outre la construction du tokamak (ITER). UE, États-Unis, Corée du Sud, Chine, Russie et Inde), le développement de la fusion par le le secteur privé s’accélère également.
L’un des composants les moreover importants de ces réacteurs à fusion est le divertor. Pendant le fonctionnement d’un réacteur à fusion, certains des composants structurels du divertor sont exposés à des expenses thermiques extrêmement importantes au même niveau que la “navette spatiale lors de son entrée dans l’atmosphère”. Les chercheurs travaillent à développer un divertor solide dans lequel un bloc de matériau résistant à la chaleur tel que le tungstène est placé en get hold of avec le plasma et refroidi avec de l’eau à haute température et haute pression. Ce système de divertor solide est également utilisé dans le projet ITER et les prototypes de réacteurs à fusion. Inversement, en tant que mécanisme innovant pour résister à la grande cost thermique du plasma, les chercheurs ont également envisagé le thought d’un divertor à métal liquide qui protège le divertor du plasma en recouvrant le matériau structurel du divertor avec un métal liquide qui possède d’excellentes performances de refroidissement.
L’étain (Sn) est un métal qui a été utilisé de diverses manières dans notre vie quotidienne par exemple, comme matériau pour la vaisselle et comme composant de soudure. L’étain a un point de fusion relativement bas de 232°C et convient à une utilisation à l’état liquide. Lorsque l’étain métallique liquide est utilisé comme liquide de refroidissement pour recouvrir et protéger la floor du matériau structurel du divertor de métal liquide d’un réacteur de fusion. Cependant.
Résultats de recherche
Le laboratoire de Kondo s’est concentré sur la coexistence chimique avec divers matériaux structurels et fonctionnels. Le laboratoire a porté une focus particulière aux caloporteurs métalliques liquides qui attirent l’attention dans le domaine des énergies de nouvelle génération comme les réacteurs à fusion. Les chercheurs se sont concentrés sur l’étain métallique liquide, qui révèle la propriété incommode d’être très réactif à haute température. Ils ont cherché à clarifier le mécanisme de corrosion des matériaux de composition des réacteurs de fusion et à découvrir des matériaux qui présentent une résistance à la corrosion.
1. Qu’est-ce que l’étain métallique liquide à haute température et qu’est-ce qui trigger son extreme corrosivité ?
Le martensitique ferritique à activation réduite (Fe-9Cr-2W-,1C), qui est le principal matériau de construction candidat pour les réacteurs de fusion, est basé sur la composition d’acier martensitique ferritique résistant à la chaleur. Le martensitique ferritique à activation réduite utilise des éléments additifs qui réduisent la radioactivité induite, en supposant une utilisation dans un environnement d’irradiation neutronique dans un réacteur. Lorsque l’acier martensitique ferritique à activation réduite entre en speak to avec l’étain métal liquide, la période d’incubation avant le début de la corrosion est très courte. etcetera.) sur l’étain. En furthermore de contenir du fer, l’acier martensitique ferritique à activation réduite contient également des éléments tels que le chrome et le tungstène qui ne réagissent pas facilement avec l’étain. Par conséquent, l’acier a un taux de corrosion inférieur à celui du fer pur. Cependant. l’acier forme un composé intermétallique d’une épaisseur d’environ 155 micromètres et se corrode. l’épaisseur pourrait atteindre l’ordre du millimètre, ce qui représente un taux de corrosion très critical. A 600°C, les chercheurs ont constaté que l’amincissement dû à la corrosion devenait encore in addition sévère. A cette époque, les chercheurs ont également constaté que la corrosion progresse en raison de la diffusion vers l’intérieur de l’étain dans la microstructure de l’acier.
Le professeur agrégé Masatoshi Kondo de l’Institut de technologie de Tokyo, qui dirige l’équipe de recherche, a donné l’explication suivante : “Bien que l’étain métallique liquide soit un exceptional liquide de refroidissement aux propriétés variées, il présente l’inconvénient de corroder les matériaux de construction. En clarifiant le mécanisme de corrosion, nous espérons promouvoir l’utilisation de l’étain métal liquide non seulement pour l’énergie de fusion mais aussi pour les centrales solaires thermiques.”
2. Quels matériaux peuvent résister à l’étain métallique liquide à haute température à des températures élevées ?
Les chercheurs ont découvert que les matériaux de construction à foundation d’acier/de fer se corrodent vers l’extérieur et vers l’intérieur tout en formant des composés intermétalliques lorsqu’ils sont exposés à de l’étain métallique liquide à haute température. En effet, le fer, principal composant de l’acier, réagit avec l’étain liquide à haute température. Par conséquent, les chercheurs ont émis l’hypothèse qu’il serait achievable d’empêcher la réaction avec l’étain à haute température en combinant le fer avec de l’oxygène à l’avance pour previous un oxyde avant la réaction. Poursuivant cette théorie, les chercheurs ont testé la compatibilité de l’oxyde de fer (Fe2O3) et de l’oxyde de chrome (Cr2O3) avec l’étain liquide à 500°C. Lors de l’immersion du matériau fritté d’oxyde de fer, l’étain a partiellement pénétré dans les pores créés lors de la cuisson. Cependant, l’épaisseur de la structure de réaction avec l’étain sur la surface area du matériau était d’environ 1 micromètre. Il s’agissait d’une réaction extrêmement good qui n’est que d’environ 1 % de celle de l’acier ferritique à activation réduite. De in addition, lors de l’examen du matériau fritté d’oxyde de chrome, on peut voir que la framework de réaction avec l’étain en area est très mince. De cette manière, les chercheurs ont découvert que même un élément métallique tel que le fer, qui réagit facilement avec l’étain, peut être considérablement supprimé par une réaction préalable avec l’oxygène pour former un oxyde.
“L’environnement de fonctionnement d’un divertor en étain liquide dans un réacteur de fusion est dans des conditions extrêmement difficiles dans lesquelles la corrosion par l’étain liquide et l’irradiation des neutrons de fusion se superposent”, a expliqué le professeur Kondo.: projet FRONTIER). “Dans ce projet, nous collaborons avec les membres de l’équipe de projet du laboratoire national d’Oak Ridge aux États-Unis pour étudier les effets des radiations sur la dynamique de réaction de corrosion de l’acier avec de l’étain liquide”, a-t-il ajouté.
Les découvertes discutées dans cet article ont clarifié la bring about et le mécanisme de la corrosion de l’étain métallique liquide, qui a une corrosivité relativement forte. Cette recherche contribuera de manière significative à la réalisation d’une société neutre en carbone en aidant au développement d’équipements de réception de chaleur avancés hautement fiables pour les réacteurs à fusion.
