Utilizzando lo strumento della stazione radiografica avanzata multimodale presso l’High Flux Isotope Reactor, o HFIR, una struttura utente del DOE Office of Science presso l’ORNL, i ricercatori hanno ottenuto la prima visualizzazione 3D diretta della distribuzione del sale fuso nei pori di grafite, un risultato nuovo.
Nell’imaging dei neutroni, i coefficienti di attenuazione dei neutroni, che descrivono come un fascio di neutroni viene ridotto mentre passa attraverso un materiale, variano notevolmente tra la grafite e il sale di fluoruro. Questa differenza ha creato un forte contrasto visivo tra i materiali che i ricercatori hanno osservato durante la ricostruzione delle sezioni della grafite.
“L’imaging dei neutroni è perfetto perché ci consente davvero di visualizzare dove sta andando il sale”, ha detto Gallego.
Utilizzando le ricostruzioni 3D, Gallego e Moon hanno confrontato la penetrazione del sale fuso nei pori della grafite attraverso gradi di varie dimensioni delle particelle. Nelle specifiche condizioni di pressione e temperatura utilizzate negli esperimenti di esposizione al sale, i ricercatori hanno determinato che nella maggior parte delle grafiti a grana superfine, la penetrazione non era uniforme, limitata ai primi millimetri sotto la superficie della grafite e localizzata attorno al perimetro della sezione trasversale del campione. Nella grafite a grana medio-fine, che ha pori più grandi rispetto alla grafite superfine, il sale è penetrato più in profondità nel materiale e ha coperto completamente l’area della sezione trasversale del campione.
L’intrusione di sali fusi nella grafite variava a seconda dei gradi di grafite. Nella grafite medio-fine, che ha pori più grandi rispetto alla grafite superfine, il sale penetra più in profondità nel materiale. Crediti: Yuxuan Zhang, Nidia Gallego, Jisue Moon/ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
Il team ha infine identificato la microstruttura della grafite, che descrive la dimensione e la distribuzione dei pori, come il fattore più importante nel determinare la penetrazione del sale fuso e la distribuzione della densità per una data temperatura e pressione.
“L’intrusione di sali fusi potrebbe influenzare in modo significativo il funzionamento dei reattori a sali fusi”, ha detto Moon. “Questa ricerca può aiutarci a vedere l’impatto del sale nei materiali di grafite e quindi può aiutarci a sviluppare metodi più standardizzati per progettare la grafite corretta”.
Dopo aver pubblicato i loro risultati in CarbonioGallego e Moon stanno continuando la ricerca con gli scienziati HFIR per migliorare la risoluzione dell’imaging dei neutroni e osservare l’intrusione di sali fusi con variabili aggiuntive di temperatura, pressione e tempo.
“C’è molto dal punto di vista tecnico, molti miglioramenti, sviluppi che sono possibili e interessano gli scienziati che ci daranno anche molte informazioni sulle dinamiche e sulla cinetica del processo”, ha detto Gallego.
In definitiva, il team spera di sviluppare modelli predittivi per descrivere come i diversi gradi di grafite rispondono all’intrusione di sale e perfezionare gli standard operativi dei reattori a sale fuso, che denotano requisiti materiali e tecnici per i reattori ma mancano di specifiche sui gradi di grafite preferiti.
“Capire come la grafite interagisce con il sale è fondamentale”, ha detto Gallego.
Altri ricercatori che hanno contribuito al progetto includono Cristian I. Contescu dell’ORNL, James R. Keiser, Dino Sulejmanovic, Yuxuan Zhang ed Erik Stringfellow.
L’Ufficio per l’energia nucleare del DOE ha sostenuto il lavoro attraverso il programma Advanced Reactor Technologies.
L’UT-Battelle gestisce l’ORNL per l’Office of Science del DOE, il più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti. L’Office of Science sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per maggiori informazioni per favore visita Energy.gov/science.
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