盐纯度是熔盐堆防腐关键，辐照试验启动

来自利物浦大学和哥本哈根原子公司的研究人员表示，盐纯度是防止熔盐堆中不锈钢腐蚀的关键因素。与此同时，此类反应堆材料的辐照试验已在荷兰的高通量反应堆启动。

熔盐堆使用熔融氟化物盐作为一回路冷却剂，在低压下运行。它们可以在超热中子或快中子能谱下运行，并使用多种燃料。如今，人们对复兴熔盐堆概念的兴趣大多与使用钍（以增殖可裂变铀-233）有关，这需要提供初始的可裂变材料源，例如钚-239。存在多种不同的熔盐堆设计概念，并且在许多设计的商业化过程中存在一些有趣的挑战，尤其是涉及钍的设计。

由英国利物浦大学和丹麦哥本哈根原子公司进行的研究——发表于《Journal of Nuclear Materials》期刊——表明，高盐纯度可防止熔盐堆中广泛使用且经济高效的316L不锈钢的腐蚀。这一发现为更经济、更耐用、更具可扩展性的下一代核能系统铺平了道路。历史上，熔融氟化物盐的恶劣高温环境会导致结构材料快速腐蚀，限制了其商业可行性。先前的解决方案依赖于昂贵的高镍合金，这推高了成本并使制造复杂化。

研究人员在高达700°C的温度下，对316L不锈钢在纯化和未处理的熔盐（FLiNaK和LiThF）中进行了长期腐蚀试验。结果表明，含有水分和氧化物的未处理盐会导致严重腐蚀，仅1,000小时后就会出现金属损失、表面退化和结构弱化。然而，去除杂质的纯化盐即使在3,000小时后也仅导致可忽略的腐蚀。钢材保持了其完整性，仅在其表面形成了一层薄薄的保护性碳化铬层。

“盐纯度对于熔盐堆中的腐蚀控制绝对至关重要，”该研究的合著者、利物浦大学核材料教授马利克·帕特尔表示。“这些结果证实了数十年研究（包括MSRE时代Oak Ridge的工作）所指出的方向：如果去除活性杂质，熔盐可以成为反应堆材料稳定且可控的环境。这是该领域向前迈出的重要一步。”

哥本哈根原子公司的联合创始人兼关键材料副总裁托马斯·斯滕伯格补充道：“希望这项研究能一劳永逸地平息关于‘熔盐堆因腐蚀问题而不可行’的‘腐蚀神话’。使用工程控制方法远比使用奇异的、难以获取的合金更为可取。”

“虽然这项研究奠定了坚实的基础，但仍需进一步研究以评估辐射、裂变产物和动态反应堆条件对长期材料性能的影响，”哥本哈根原子公司指出。“优化盐纯化方法对于消除即使是痕量杂质也至关重要。”

哥本哈根原子公司正在开发一种集装箱式熔盐堆。该反应堆采用非加压重水慢化，消耗核废料，同时利用钍增殖新燃料。该反应堆足够小，可实现大规模制造和流水线生产，输出功率为100 MWt。

辐照试验

与此同时，NRG-Pallas宣布，熔盐堆材料的研究已在荷兰佩滕的高通量反应堆启动。这项辐照研究——作为NRG-Pallas受经济事务和气候政策部委托的研究计划的一部分进行——将研究盐与未来熔盐堆结构材料之间的相互作用。

（图片：NRG-Pallas）

自2015年以来，NRG-Pallas一直在开发相关能力，以鉴定适用于高温中子场中的熔盐燃料和熔盐堆结构材料（合金、石墨等）。

高通量反应堆是世界上少数几个能够研究核燃料并对结构材料造成显著中子损伤的材料试验堆之一。该反应堆既用于生产医用同位素，也用于核能研究，每年以满功率运行约260天，期间有间歇性停堆进行维护和装料。高中子通量与仪器仪表相结合，能够在受控条件下加速测试材料和燃料。高通量反应堆将被目前正在佩滕建设的新Pallas反应堆取代，以确保这些独特的核燃料和材料辐照服务的连续性。

“NRG PALLAS的熔盐计划包括研究合适的结构材料、熔盐的处理和纯化，以及放射性废物的稳定化处理，”NRG-Pallas核辐照经理阿尔扬·弗里林表示。“该计划内已经完成了多个项目。这次辐照试验具有开创性意义，因为此前从未测试过辐照对结构材料腐蚀的影响。几年内，我们将能够看到材料的行为变化。

“此外，我们正在确定辐照过程中哪些裂变产物从燃料中释放出来。燃料在使用过程中必须尽可能保持纯净，因此了解形成的裂变产物是保持溶解、沉淀还是气态非常重要。在该熔盐计划中，我们正与[欧盟委员会]联合研究中心合作。盐从卡尔斯鲁厄提供，辐照设施的设计正在与佩滕合作进行。这是一项独特的研究，正使熔盐堆的实现更进一步。”