به گزارش «تابناک» به نقل از ایسنا، محققان با استفاده از آنالیز متالورژیکی، میکروسکوپ الکترونی و طیف‌سنجی، جزئیات ریزساختار لایه اکسید محافظ آلیاژهای ODS، از جمله SP10 و NF12 را بررسی کردند.
محققان موسسه علوم توکیو، با همکاری دانشگاه ملی یوکوهاما، شرکت توسعه سوخت هسته‌ای نیپون و موسسه ملی فیوژن، آلیاژهای تقویت‌شده با پراکندگی اکسید (ODS) را با جریان فلز مایع در دمای 600 درجه سانتیگراد آزمایش کردند و یک محیط همجوشی ایجاد کردند. شبیه سازی کردند
خواص ضد خوردگی آلیاژهای نشان داده شده در این آزمایش ها به توسعه دوام مواد راکتور همجوشی کمک می کند.
انتظار می‌رود که همجوشی هسته‌ای نقش مهمی در گذار از سوخت‌های فسیلی به انرژی‌های تجدیدپذیر ایفا کند، زیرا جهان برای حذف تدریجی سوخت‌های فسیلی و روی آوردن به منابع انرژی پاک‌تر تلاش می‌کند.
بر خلاف شکافت هسته ای، همجوشی هسته ای زباله های رادیواکتیو تولید نمی کند. این فرآیند واکنش هایی را که در خورشید رخ می دهد تقلید و بازتولید می کند و بنابراین 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 نیاز است. با این حال، این خنک کننده ها که معمولاً 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 در آنها ذرات ریز اکسید پراکنده می شوند. این آلیاژها از استحکام بهتری نسبت به آلیاژهای معمولی برخوردارند، زیرا ناهماهنگی ذرات اکسید منجر به انرژی سطح بالاتر و کاهش احتمال دررفتگی می شود.
این ماده همچنین دارای انعطاف پذیری و مقاومت حرارتی بالایی است که آن را به انتخاب خوبی برای کاربردهای دمای بالا مانند پره های توربین و مبدل های حرارتی تبدیل می کند.
کاربردهای پیشرفته‌تر ODS شامل پوشاندن فضاپیما در هنگام ورود مجدد و اکنون در راکتورهای همجوشی است.
آلیاژهای ODS کاندیدهای امیدوارکننده ای برای راکتورهای همجوشی هستند زیرا می توانند لایه های اکسید محافظ را در شرایط دمای بالا تشکیل دهند. از آنجایی که آلیاژهای لیتیوم-سرب بسیار خورنده هستند، محققان موسسه علوم توکیو و همکارانشان مشتاق بودند تا تعامل آنها را به دقت بررسی کنند.
تست آلیاژهای ODS
تیم های تحقیقاتی در آزمایشگاه دو آلیاژ ODS، SP10 و NF12 را در دمای 600 درجه سانتی گراد (1112 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 استفاده از تکنیک هایی مانند آنالیز متالورژیکی، میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی و طیف سنجی از دست دادن انرژی الکترونی بررسی کردند.
این تیم دریافت که لایه Al2O3 در ابتدا در جلوگیری از خوردگی موثر بود، اما پس از واکنش با لیتیوم، به α-/γ-LiAlO2 نیز تبدیل شد. حتی اگر آلیاژ ODS از قبل اکسید نشده باشد، در این شرایط یک لایه خود محافظ تشکیل می دهد.
هر دو لایه اکسید شده مقاومت لایه لایه شدن بالایی را نشان دادند و به شدت به سطح آلیاژ حتی تحت تنش حرارتی بالا چسبیدند.
ماساتوشی کوندو، یکی از محققین این مطالعه در بیانیه ای مطبوعاتی گفت: دوام لایه اکسید آلومینیوم لیتیوم نشان می دهد که این آلیاژها می توانند در شرایط دمای بالا و تنش بالا دوام بیشتری داشته باشند.
وی افزود: این لایه به عنوان یک سپر پایدار عمل می کند که حتی پس از ساییدگی اولیه نیز به محافظت از اجزای راکتور ادامه می دهد.
یافته‌های این تحقیق می‌تواند به طراحی راکتورهای همجوشی برای عملکرد ایمن در صورت کار طولانی‌مدت کمک کند.
کوندو در پایان بیانیه مطبوعاتی خود گفت: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که آلیاژهای ODS FeCrAl، با توانایی خود در تشکیل لایه‌های محافظ بادوام، ممکن است نقشی حیاتی در آینده راکتورهای همجوشی و دیگر سیستم‌های انرژی با دمای بالا داشته باشند.
نتایج این تحقیق در مجله Corrosion Science منتشر شده است.
