ORNL新建材料研究设施聚焦核能腐蚀挑战

Oak Ridge美国国家实验室材料研究设施的最新成员——转化研究能力大楼现已竣工，实验室正在逐步投入运行，计划于今年晚些时候举行剪彩仪式。这座位于ORNL的10万平方英尺多功能大楼容纳了从量子科学到储能等广泛领域的研究，其中几个最大的实验室专注于核裂变和聚变等应用的材料挑战，如ORNL的腐蚀实验室。

多家公司正在研究用于聚变和先进裂变的熔盐和液态金属，因为它们作为优良的传热流体，有望在较低压力下实现较高的工作温度，从而提高效率。然而，熔盐和液态金属会形成严苛的环境，可能降解反应堆材料，这使得腐蚀研究成为一个关键的研究领域。

腐蚀专业知识：ORNL腐蚀科学与技术组负责人Rishi Pillai表示：“裂变和聚变是研究人员和工业界极为关注的关键技术。工业界正在探索的许多新型反应堆概念都使用熔盐和液态金属，这历来是ORNL的专业领域。”从20世纪60年代熔盐堆实验装置(MSRE)期间的熔盐研究，到20世纪70年代至1994年支持Idaho液态金属冷却的实验增殖反应堆-II(Experimental Breeder Reactor-II)的腐蚀研究，ORNL在探究腐蚀效应方面拥有悠久的历史。

腐蚀科学与技术组专门研究腐蚀应力与辐照的单独及联合效应。研究人员将各种材料暴露于这类应力源中，然后在技术人员的专业知识和高性能计算机模型洞察的辅助下，在原子层面进行研究。

Pillai表示：“我们的研究融合了真实条件下最先进的实验观测与材料退化的高保真建模，既提供材料性能的快速工程数据，又能深入理解材料-环境相互作用的机理。”

聚变腐蚀：虽然液态金属和熔盐长期以来一直是裂变能源的关注点，但直到最近它们才在聚变能源中变得尤为重要。磁约束聚变的主要架构——环形托卡马克和环形仿星器——产生极高温度的等离子体，能够引发氢同位素的聚变并释放动能。

建造聚变装置的公司面临的挑战之一是如何在冷却反应堆的同时将能量转化为电能，甚至现场生产燃料。这些任务由围绕等离子体的覆盖层完成，它吸收从等离子体逸出的中子带来的热量和能量。

Pillai说：“几十年来，研究一直专注于如何在等离子体中产生和维持聚变，但由于覆盖层的多功能性质以及其中发生的复杂材料相互作用，它也是一个巨大的挑战。将熔盐纳入覆盖层是一个需要更多实验研究来探索其解决这一挑战潜力的概念。”

ORNL研究人员正在与其他国家实验室和多家私营公司的同事合作，设计覆盖层和燃料循环系统。Pillai的团队正在研究各种合金（包括传统制造和增材制造）以及能够在严苛的聚变环境中长时间承受液态金属或熔盐的涂层系统。