Ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) успешно продемонстрировали новый метод мониторинга химических изменений в расплавленных солях в режиме реального времени. Это достижение, недавно опубликованное в Journal of the American Chemical Society, поможет проложить путь к разработке новых сенсорных систем для передовых реакторов на расплавленных солях.
Реакторы на расплавах солей (жидкосолевые реакторы) входят в число нескольких передовых реакторов, которые разработчики надеются внедрить в США в течение следующего десятилетия, чтобы удовлетворить растущий спрос на электроэнергию. В таких реакторах для охлаждения используют расплавленные фториды или хлориды, при этом используется либо твердое ядерное топливо, либо делящиеся материалы, непосредственно растворенные в теплоносителе-расплаве солей (то есть топливо представляет собой смесь расплава солей делящихся материалов с несущими солями). Хотя такая конструкция обеспечивает повышенную безопасность и эффективность по сравнению с современными реакторами с водой под давлением, высокая температура и коррозионная активность расплавленной соли затрудняют контроль количества и распределения ядерных материалов и других химических веществ.
Исследователи из ORNL решили проверить, можно ли применить метод лазерно-индуцированной эмиссионной спектроскопии (Laser Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS) к расплавленным солям, используя лазерный импульс для создания микроплазмы в потоке аэрозоля расплавленной соли. Свет, излучаемый плазмой, анализировался с помощью нескольких спектрометров, и впервые нерадиометрическим методом были определены изотопы, присутствующие в расплавленной соли. Измерения также позволили ученым определить, как быстро газ распространяется в расплавленной соли и какое его количество может в ней содержаться.
«Мы провели несколько экспериментальных исследований с использованием метода LIBS для мониторинга состава аэрозолей и газов и пришли к выводу, что этот метод чрезвычайно информативен – он позволяет получить элементный анализ образца менее чем за секунду, – сообщил научный сотрудник ORNL Хантер Эндрюс. – Перейдя к реальным расплавленным солям, мы смогли продемонстрировать на более реалистичной системе, как LIBS может контролировать реактор, а также использоваться учеными для лучшего понимания своих экспериментов».
В настоящее время ORNL работает над оптимизацией метода LIBS для обнаружения примесей в аэрозолях расплавленных солей. Исследователи разрабатывают модели LIBS для мониторинга газов, выходящих из реактора на расплавленной соли, в режиме реального времени с целью последующего технического оснащения испытательных систем для установления датчика LIBS в реакторах на расплавленных солях в промышленных масштабах.
ORNL является мировым лидером в области исследований реакторов на расплавах солей, которые проводятся начиная с 1950-х гг., в частности, в рамках эксперимента с жидкосолевым реактором, в ходе которого оценивалась возможность потенциального использования данной технологии для производства электроэнергии в промышленных масштабах.
DOE, 17.03.2025,