当前位置: 液体金属 >> 液体金属前景 >> 重要突破,美国日本制造两种液态金属涂层保
目前,托卡马克无法大规模商用的主要原因就是等离子体太难控制了,它们会乱跑,还会腐蚀托卡马克核聚变反应堆的壁结构,美国和日本科学家们决定从根本上解决这个问题——材料科学,给托卡马克壁增加一层液态金属保护结构。那么,两种有前途的结构材料在与聚变反应堆中与液态金属燃料增殖剂接触时,是否能保护托卡马克壁,不被高温腐蚀呢?美国和东京某大学的科学家们找到了答案。
科学家们一起发明了两种金属合成材料,用作反应堆堆芯的一层衬里结构,吸收并捕获反应堆内等离子体中产生的高能中子,这是聚变反应堆设计成功的关键。核聚变反应堆是产生清洁电力的有力手段,在聚变反应堆中,两个原子核的聚变会释放出大量能量。这种能量以热量的形式被困在反应堆堆芯周围的结构中,核聚变等离子体产生的这些热量还可以被用来运行涡轮机并发电。另外,核聚变托卡马克反应堆核心产生的热量具有很好的催化水制氢功能,是实现碳中和的良好技术。
但是在这种温度下,与热量接触的托卡马克结构材料有被腐蚀的风险,从而危及反应堆的安全性和稳定性。因此,有必要找到在这些温度下依然保持化学稳定结构的材料。液态锂铅LiPb合金有望成为候选材料,另外,美日科学家们还在探索某种碳化硅SiC材料,SiC和FeCrAl合金结合起来也有很大的效果。
现在,日本四所大学,美国两所大学的科学家们已经证明了这种材料在更高温度下的兼容性。科学家们解释说:“我们的研究清楚了CVDSiC和FeCrAl合金在高达K的液态LiPb中的耐蚀机理的细微差别。”该团队首先需要在真空条件下在设备中熔融和混合锂和铅颗粒来合成高纯度LiPb,然后,他们将合金加热到上述温度,使其液化。将CVDSiC和两种变体的FeCrAl合金样品(还必须经过和未经过预氧化处理以形成a-Al2O3涂层)放置在该液态LiPb中小时以进行腐蚀测试。
科学家们表示:“一个有趣的发现是,氧化预处理形成的a-Al2O3层可以提供超过K的耐腐蚀性。”检索到的样品的横截面显示,CVD-SiC与LiPb合金中的杂质反应,形成一层复合氧化物,从而使其具有耐腐蚀性。未经处理的FeCrAl合金形成了一层氧化物-LiAlO2与LiPb反应后,LiPb起到防腐屏障的作用。在预处理FeCrAl的情况下,a-Al2O3表面层在K下提供耐腐蚀性。