ابرآلیاژهای ژاپنی و مقاومت در مقابل دمای ۶۰۰ درجه سانتی گراد
بیست و یکم: ابرآلیاژهای جدید ژاپن در مقابل دمای 600 درجه سانتی گراد مقاومت می کنند و برای صیانت از راکتورهای همجوشی هسته ای مناسب هستند.
به گزارش بیست و یکم به نقل از ایسنا، محققان با بهره گیری از تحلیل متالورژیکی، میکروسکوپ الکترونی و طیف سنجی، جزییات ریزساختار لایه اکسید محافظ آلیاژهای ODS شامل SP۱۰ و NF۱۲ را بررسی کردند.
به نقل از آی ای، پژوهشگران مؤسسه علوم توکیو با همکاری دانشگاه ملی یوکوهاما، شرکت توسعه سوخت هسته ای نیپون و مؤسسه ملی علوم همجوشی، آلیاژهای تقویت شده با پراکندگی اکسید(ODS) را با جریان فلز مایع در دمای ۶۰۰ درجه سانتی گراد آزمایش کردند و یک محیط همجوشی را شبیه سازی کردند.
خواص ضد خوردگی آلیاژهای نشان داده شده در این آزمایش ها به توسعه دوام مواد راکتورهای همجوشی هسته ای کمک می کنند.
انتظار می رود که همجوشی هسته ای نقش برجسته ی در دوره گذار از انرژی فسیلی به انرژی های تجدیدپذیر ایفا کند، برای اینکه جهان برای حذف تدریجی سوخت های فسیلی و روی آوردن به منابع انرژی پاک تر تلاش می کند.
همجوشی هسته ای بر خلاف شکافت هسته ای، زباله های رادیواکتیو تولید نمی نماید. این پروسه واکنش هایی را که در خورشید رخ می دهد، تقلید و تکرار می کند و بدین سبب به دمای بسیار بالایی نیاز دارد.
این امر مستلزم استفاده از مواد پیشرفته و خنک کننده های فلزی مایع برای استخراج گرما از راکتور در صورت لزوم است. با این وجود، این خنک کننده ها که به طور معمول از لیتیوم و آلیاژهای لیتیوم-سرب(LiPb) ساخته می شوند، بسیار خورنده هستند و یکپارچگی ساختاری مخزن راکتور را تهدید می کنند. این جایی است که آلیاژهای ODS می توانند کمک کنند.
آلیاژ ODS چیست؟
آلیاژهای تقویت شده با پراکندگی اکسید، آلیاژهایی هستند که ذرات کوچک اکسیدی در آنها پراکنده شده اند. این آلیاژها استواری بهتری نسبت به آلیاژهای معمولی دارند، برای اینکه ناهماهنگی ذرات اکسید منجر به انرژی سطحی بالاتر و کاهش احتمال جابجا شدن می شود.
این ماده همین طور دارای انعطاف پذیری و مقاومت حرارتی بالایی است که آنرا به گزینه ای مناسب برای کاربردهای در دمای بالا مانند پره های توربین و مبدل های حرارتی تبدیل می کند.
کاربردهای پیشرفته تر ODS شامل پوشش فضاپیماها در هنگام ورود مجدد و الان در راکتورهای همجوشی هسته ای است.
آلیاژهای ODS کاندیداهای امیدوارکننده ای برای راکتورهای همجوشی هسته ای هستند، برای اینکه می توانند لایه های اکسید محافظی را در وضعیت دمای بالا تشکیل دهند. از آنجا که آلیاژهای لیتیوم-سرب بسیار خورنده هستند، پژوهشگران مؤسسه علوم توکیو و همکارانشان مشتاق بودند تا تعامل آنها را از نزدیک مطالعه کنند.
آزمایش آلیاژهای ODS
تیم های تحقیقاتی در آزمایشگاه، دو آلیاژ ODS شامل SP۱۰ و NF۱۲ را در دمای ۶۰۰ درجه سانتی گراد (۱۱۱۲ درجه فارنهایت) آزمایش کردند تا شرایط را در سیستم های خنک کننده راکتور همجوشی شبیه سازی کنند.
این تیم تحقیقاتی ریزساختار لایه اکسید محافظ روی سطوح آلیاژ را با به کارگیری تکنیک هایی مانند تحلیل متالورژیکی، میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی و طیف سنجی از دست دادن انرژی الکترونی بررسی کردند.
این تیم دریافت که لایه Al۲O۳ در ابتدا در جلوگیری از خوردگی مؤثر است، اما بعد از واکنش با لیتیوم به α-/γ-LiAlO۲ نیز تبدیل شد. حتی اگر آلیاژ ODS از قبل اکسید نشده باشد، در این شرایط یک لایه خود-محافظ تشکیل می دهد.
هر دوی این لایه های اکسید شده مقاومت بالایی در مقابل لایه برداری نشان دادند و به شدت به سطح آلیاژ حتی تحت تنش حرارتی بالا چسبیدند.
ماساتوشی کوندو(Masatoshi Kondo) از پژوهشگران این مطالعه در اطلاعیه ای مطبوعاتی اظهار داشت: دوام لایه اکسید لیتیوم-آلومینیوم نشان میدهد که این آلیاژها می توانند در وضعیت با دمای بالا و تنش بالا دوام بیشتری داشته باشند.
وی ادامه داد: این لایه به عنوان یک سپر پایدار عمل می کند که به صیانت از اجزای راکتور حتی بعد از سایش اولیه ادامه می دهد.
یافته های این پژوهش می تواند به توسعه راکتورهای همجوشی کمک نماید تا در صورت کارکرد طولانی مدت، ایمن کار کنند.
کوندو در بیانیه مطبوعاتی خود نتیجه گیری کرد: یافته های ما نشان میدهد که آلیاژهای ODS FeCrAl با توانایی خود در تشکیل لایه های محافظ بادوام می توانند نقشی حیاتی در آینده راکتورهای همجوشی و دیگر سیستم های قدرت با دمای بالا داشته باشند.
یافته های این پژوهش در مجله Corrosion Science انتشار یافته است.
این مطلب بیست و یکم را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب