ويقول باحثون من جامعة ليفربول وكوبنهاغن إن نقاء الملح هو العامل الحاسم في منع تآكل الفولاذ غير القابل للصدأ في مفاعلات الملح المنصهر. وفي الوقت نفسه ، بدأ اختبار تشعيع مواد هذه المفاعلات في مفاعل الفلوت العالي في هولندا.

يتم صب الملح السائل المريح في حاوية صغيرة ( الصورة: كوبنهاجن للطاقة الذرية )

وتستخدم مفاعلات الملح المملح أملاح الفلوريد المنصهر كمبرد أولي ، عند ضغط منخفض. وقد تعمل مع أطياف النيوترونات الحرارية أو السريعة ، ومع مجموعة متنوعة من الوقود. ويتعلق جزء كبير من الاهتمام اليوم بإحياء مفهوم MSR باستخدام الثوريوم ( لتكاثر اليورانيوم الانشطارية - 233 ) ، حيث يلزم توفير مصدر أولي للمواد الانشطارية مثل البلوتونيوم - 239. هناك عدد من مفاهيم تصميم MSR المختلفة ، وعدد من التحديات المثيرة للاهتمام في تسويق العديد من الناس ، وخاصة مع الثوريوم.

وتبين الدراسة التي أجرتها جامعة ليفربول في المملكة المتحدة وكوبنهاغن في الدانمرك - والتي نشرت في مجلة المواد النووية - أن درجة نقاء الملح العالية تمنع تآكل الفولاذ غير القابل للصدأ البالغ 316L - وهو مادة تستخدم على نطاق واسع وفعالة من حيث التكلفة - في أجهزة تقييم الأداء. ويمهد هذا الاكتشاف الطريق أمام الجيل القادم من نظم الطاقة النووية الأكثر قدرة على تحمل التكاليف ، والدائمة ، والقابلة للتوسع. وقد تسببت البيئة القاسية العالية الحرارة لأملاح الفلوريد المنصهر تاريخياً في تآكل سريع للمواد الهيكلية ، مما يحد من قدرتها على البقاء تجارياً. واعتمدت الحلول السابقة على سبائك النيكل الباهظة الثمن ، مما أدى إلى ارتفاع التكاليف وتعقيد التصنيع.

وأجرى الباحثون اختبارات تآكل طويلة الأجل على 316L من الصلب غير القابل للصدأ في كل من الأملاح المنصهرة وغير المعالجة ( FLANK وLiTF ) في درجات حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية. وأشارت النتائج إلى أن الأملاح غير المعالجة - التي تحتوي على الرطوبة والأكاسيد - تسبب تآكل شديد ، مع فقدان المعادن ، وتدهور السطح ، وضعف الهيكل بعد 000 1 ساعة فقط. ومع ذلك ، فإن الأملاح المطهرة ، مع إزالة الشوائب ، أدت إلى تآكل لا يكاد يذكر حتى بعد 3000 ساعة. واحتفظ الصلب بسلامته ، ولم تتشكل على سطحه سوى طبقة رقيقة من كربيد الكروم الوقائي.

وقال مولك باتل ، أستاذ المواد النووية في جامعة ليفربول ، الذي شارك في إعداد الدراسة ،"نقاء الملح أمر أساسي تماما لمكافحة التآكل في مفاعلات الملح المنصهر". وتؤكد هذه النتائج ما أشارت إليه عقود من البحوث ، بما في ذلك العمل في أوك ريدج خلال عصر MSRE: إذا قمت بإزالة الشوائب التفاعلية ، فإن الأملاح المنصهرة يمكن أن تصبح بيئة مستقرة ويمكن التحكم فيها لمواد المفاعلات. وهذه خطوة رئيسية إلى الأمام في الميدان.

وأضاف توماس ستينبرغ ، المؤسس المشارك ونائب الرئيس للمواد الحرجة في كوبنهاغن"آمل أن تسكت هذه الدراسة مرة واحدة وإلى الأبد"أسطورة التآكل"التي لا يمكن أن تكون مجدية بسبب التآكل". واستخدام الضوابط الهندسية أفضل بكثير من استخدام سبائك غير البوتانيوم الغريبة.

وفي حين أن هذه الدراسة ترسي أساسا قويا ، فإن هناك حاجة إلى إجراء مزيد من البحوث لتقييم أثر الإشعاع ومنتجات الانشطار وظروف المفاعلات الدينامية على أداء المواد على المدى الطويل ، فقد أشارت كوبنهاغن إلى ذلك. كما أن"إضفاء طابع التفاؤل على أساليب تنقية الملح سيكون أمرا أساسيا للقضاء حتى على الشوائب النزرة".

وتقوم شركة كوبنهاغن للطاقة الذرية بتطوير مفاعل للملح المنصهر في الحاويات. ويستهلك المفاعل ، الذي كان معتدلا بمياه ثقيلة غير مضغوطة ، النفايات النووية بينما يقوم بتوليد وقود جديد من الثوريوم. والمفاعل صغير بما يكفي للسماح بتصنيع الكتلة وإنتاج خط التجميع ، وله ناتج قدره 100 ميغاواط.

اختبارات الإشعاع غير الإشعاعي

وفي الوقت نفسه ، أعلن الفريق الوطني الصيني - بالاس أن البحوث المتعلقة بمواد هذه النظم قد بدأت في مفاعل الفلوت العالي في بيتن ، هولندا. وسيبحث هذا البحث المتعلق بالتشعيع - الذي يجري كجزء من برنامج البحوث المشترك بين NRG-Palas نيابة عن وزارة الشؤون الاقتصادية والسياسة المناخية - التفاعل بين الملح ومواد البناء في المستقبل.

( الصورة: NRG-Palas )

ومنذ عام 2015 ، ما فتئت شركة NRG-Palas تطور قدرات لتأهيل وقود الملح المنصهر ومواد بناء MSR ( السبائك والجرافيت وما إلى ذلك ) لاستخدامها في حقل نيوترونات عالي الحرارة.

إن مفاعل HFR هو أحد المفاعلات القليلة لاختبار المواد في العالم التي يمكنها التحقيق في الوقود النووي وتحقيق أضرار نيوترونية كبيرة في مواد البناء. ويستخدم المفاعل لإنتاج النظائر الطبية ولإجراء البحوث في مجال الطاقة النووية ، ويعمل بكامل طاقته لمدة 260 يوما تقريبا في السنة ، مع توقف متقطع للصيانة وتحميل الوقود. ويتيح تدفق النيوترونات المرتفع ، إلى جانب الأجهزة ، التعجيل باختبار المواد والوقود في ظل ظروف خاضعة للرقابة. وسيحل محل مفاعل بالاس الجديد ، الذي يجري بناؤه حاليا في بيتن ، محل مفاعل بالاس الجديد ، مما يكفل استمرارية خدمات الإشعاع الفريدة هذه للوقود والمواد النووية.

وقال أرجان فريلنغ ، مدير الإشعاع النووي في NRG-Palas ، إن"برنامج الملح المنصهر في NRG Palas يشمل إجراء بحوث في مواد البناء المناسبة ، وتجهيز الأملاح المنصهرة وتنقيتها ، وتثبيت النفايات المشعة". وقد أنجزت بالفعل عدة مشاريع في إطار البرنامج. وهذا التشعيع هو حجر الأساس لأن تأثير التشعيع على تآكل مواد البناء لم يختبر من قبل. في غضون بضع سنوات ، يمكننا أن نرى كيف تتصرف المواد.

وبالإضافة إلى ذلك ، فإننا نحدد المنتجات الانشطارية التي يتم إطلاقها من الوقود أثناء التشعيع. يجب أن يظل الوقود نقية قدر الإمكان أثناء الاستخدام ، لذلك من المهم معرفة ما إذا كانت منتجات الانشطار التي تشكلت قد تم حلها أو ترسيبها أو غازية. وفي إطار برنامج الملح المنصهر هذا ، نتعاون مع مركز البحوث المشترك [ التابع للمفوضية الأوروبية ]. ويتم توفير الملح من كارلسروه ويجري تصميم مرفق التشعيع بالتعاون مع بيتن. هذا بحث فريد يجعل تحقيق مفاعلات الملح المنصهر أقرب.