FLiBe

FLiBe
용융 FLiBe 흐름. 이 샘플의 녹색 색조는 용해된 사불화 우라늄에서 추출되었습니다.

FLiBe는 플루오르화 리튬(LiF)과 플루오르화 베릴륨(BeF2)의 혼합물로 만들어진 용융 소금입니다.그것은 원자로 냉각제이자 비옥하거나 핵분열성 물질에 대한 용제이다.그것은 오크리지 국립 연구소의 용융-소금 원자로 실험(MSRE)에서 두 가지 목적을 모두 수행했다.

2:1 혼합물은 459°C의 녹는점, 1430°C의 끓는점, 1.94g/cm의3 밀도를 갖는 화학량계 화합물인 LiBeF를24 형성한다.

부피 열용량은 물과 유사 (4540 kJ/mK3 = 1085 kcal/mK3) : 상온수 기준치의 8.5% 이상, 나트륨의 4배 이상, 일반 원자로 [1]조건의 헬륨의 200배 이상이다.비열 용량은 2414.17 kJ/kg K로 물의 [2]약 60%입니다.겉모습은 흰색에서 투명하며, 고체 상태의 결정성 입자가 녹으면 완전히 투명한 액체로 변형됩니다.그러나 UF와 NiF와2 같은4 수용성 불소는 고체 상태와 액체 상태 모두에서 소금의 색을 극적으로 변화시킬 수 있습니다.이를 통해 분광 광도 측정이 실행 가능한 분석 도구가 되었고, MSRE [3][4][5]작업 중에 광범위하게 사용되었다.

공정 혼합물은 50% BeF보다2 약간 크며 360°[6]C의 녹는점을 가지고 있습니다.이 혼합물은 공정 혼합물의2 BeF 첨가로 인한 점도의 압도적인 증가 때문에 실제로는 사용되지 않았습니다.유리처럼2 작용하는 BeF는 루이스 염기의 몰 퍼센트를 충분히 포함하는 소금 혼합물의 유체입니다.알칼리 플루오르화물과 같은 루이스 염기는 점도를 증가시키는 유리 결합을 깨고 불소 이온을 베릴륨에 공급합니다.FLiBe에서 플루오르화 베릴륨은 2개의 플루오르화 리튬에서 2개의 플루오르화 이온을 액체 상태로 분리하여 테트라플루오르베리성 이온4−2 [7]BeF로 변환할 수 있다.

화학

FLiBe와 다른 불소염의 화학은 반응이 일어나는 고온, 소금의 이온성, 그리고 많은 반응의 가역성 때문에 독특합니다.가장 기본적인 레벨에서는 FLiBe가 용해되어 복합화됩니다.

LiF() + 2 ( ) Li+ () + 4 - (l LiF + 2 Li + (

이 반응은 최초 용해 시 발생합니다.그러나 구성 요소가 공기에 노출되면 습기가 흡수됩니다.이 수분은 고온에서 반응을 통해 BeF를2 산화물 또는 수산화물로 변환하여 음의 역할을 합니다.

(l) + O ( ) - - ( ) + 2( d { l ) +( g ) < >( 2 ( d

그리고.

2 () + O ( ) - - （ +2 HF ( ( ) + ( g ) }{ { { ( ) +( g )}} 。

BeF는2 매우 안정적인 화합물인 반면, 산화물, 수산화물, 불화수소의 형성은 소금의 안정성과 불활성성을 감소시킨다.이것은 부식으로 이어집니다.이 두 가지 반응에 포함된 모든 용해된 종이 불화수소뿐만 아니라 부식을 일으킨다는 것을 이해하는 것이 중요합니다.이는 모든 용해된 구성 요소가 환원 전위 또는 산화 환원 전위를 변경하기 때문입니다.산화환원 전위는 소금의 부식 전위의 주요 지표인 소금의 고유하고 측정 가능한 전압입니다.보통 반응이

() + -F- + 2 ( ) + e - > - + H2 (g ) 。

0V로 설정됩니다.이 반응은 실험실 환경에서 편리함을 증명하고 염분을 통해 불화수소와 수소의 1:1 혼합물을 버블링하여 소금을 0으로 설정하는 데 사용될 수 있습니다.경우에 따라서는, 다음과 같은 반응이 있습니다.

2() + e -Ni () + - { 2 () + 2 e - () + 2 F -}。

참조용으로 사용됩니다.0이 설정된 위치에 관계없이 소금에서 발생하는 다른 모든 반응은 0에 대해 예측 가능한 알려진 전압에서 발생합니다.따라서 소금의 산화환원 전위가 특정 반응 전압에 가까우면 그 반응이 지배적인 반응을 기대할 수 있다.따라서 바람직하지 않은 반응으로부터 멀리 떨어진 곳에 소금의 산화 환원 전위를 유지하는 것이 중요하다.예를 들어, 니켈, 철 및 크롬 용기 합금의 경우, 우려되는 반응은 용기의 불소와 이러한 금속 불화물의 후속 용해입니다.금속 불화물의 용해는 산화환원 전위를 변화시킨다.이 과정은 금속과 소금 사이의 평형에 도달할 때까지 계속된다.소금의 산화환원 전위는 불소화 반응으로부터 가능한 멀리 떨어져 있어야 하며, 염분과 접촉하는 금속은 과도한 부식을 방지하기 위해 소금의 산화환원 전위로부터 가능한 멀리 떨어져 있어야 한다.

바람직하지 않은 반응을 막는 가장 쉬운 방법은 염분의 산화환원 전위와 반응전압이 동떨어진 물질을 선택하는 것이다.이 물질들 중 일부는 텅스텐, 탄소, 몰리브덴, 백금, 이리듐, 니켈이다.이 모든 재료 중 니켈과 몰리브덴 두 가지만 저렴하고 용접이 가능합니다.이 두 가지 요소는 MSRE의 재료인 하스텔로이-N의 주요 부분으로 선택되었다.

플리브의 산화환원 가능성을 변경하는 방법은 두 가지가 있습니다.우선 불활성 전극으로 소금에 전압을 물리적으로 인가함으로써 소금을 강제할 수 있다.두 번째, 더 일반적인 방법은 소금에서 원하는 전압에서 발생하는 화학 반응을 수행하는 것입니다.예를 들어 산화환원 전위는 염중에 수소와 플루오르화수소를 스파링하거나 염중에 금속을 침지함으로써 변경할 수 있다.

냉각수

용융염으로서 높은 증기압에 도달하지 않고 고온에서 사용할 수 있는 냉각제 역할을 할 수 있습니다.특히 광학적 투명성을 통해 냉각수에 침지된 모든 것 및 냉각수에 용해된 불순물을 육안으로 쉽게 검사할 수 있습니다.고온 냉매로도 사용할 수 있는 나트륨이나 칼륨 금속과는 달리 공기나 물과 격렬하게 반응하지 않는다.FLiBe 소금은 수분 흡습성과 [8]용해성이 낮다.

정제된 FLiBe.원래 MSRE의 세컨더리 루프에서 실행되었습니다.

핵성질

플루오르화우라늄-233이 함유된 FLiBe 앰플: 용해된 액체와 대조되는 응고 덩어리.

리튬, 베릴륨 및 불소의 원자량이 낮기 때문에 FLiBe는 효과적인 중성자 감속제입니다.천연 리튬은 알파 입자와 삼중수소를 생성하는 중성자를 흡수하는 경향이 있는 리튬-6을 약 7.5% 함유하고 있기 때문에, 거의 순수한 리튬-7을 사용하여 FLiBe에 작은 중성자 흡수 [9]단면을 제공한다. 예를 들어 MSRE 2차 냉각수는 99.993% 리튬-7 [10]FLiBe였다.Li-7이 중성자를 흡수할 때, 연속적인 베타-를 통해 거의 순간적으로 붕괴되고, 그 후 알파 붕괴는 베타 입자와 두 개의 알파 입자로 변한다.

베릴륨은 빠른 중성자에 맞으면 때때로 두 개의 알파 입자와 두 개의 중성자로 분해된다.불소는 (α,n) 반응에 대해 불소화 단면을 가지며 중성자를 [11]계산할 때 이를 고려해야 합니다.

적용들

액체 플루오르화 토륨 원자로(LFTR)에서는 핵분열성 및 비옥한 물질 플루오르화염의 용매 역할을 하며, 감속재 및 냉각수 역할을 한다.

일부 다른 설계(용융염 냉각 원자로라고도 함)는 냉각수로 이를 사용하지만, 용융염에 용해하는 대신 기존의 고체 핵연료를 사용한다.

액체 FLiBe 소금은 [12]또한 MIT의 소형 토카막 설계인 ARC 핵융합 원자로에서 삼중수소 생산과 냉각을 위한 액체 담요로 제안되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ http://www.ornl.gov/~webworks/cppr/y2001/pres/122842.pdf 2010년 1월 13일 Wayback Machine의 핵심 물리 특성 및 AHTR(Advanced High-Temperature Reactor), Ingersoll, Parma, Forsberg, Renier, NL 및 National Laboratory의 문제
  2. ^ https://inldigitallibrary.inl.gov/sites/STI/STI/5698704.pdf[베어 URL PDF]
  3. ^ 토스, L. M. (1967년)용융 플루오르화물 분광법용 용기.
  4. ^ Phillip Young, Jack; Mamantov, Gleb; Whiting, F. L. (1967). "Simultaneous voltammetric generation of uranium(III) and spectrophotometric observation of the uranium(III)-uranium(IV) system in molten lithium fluoride-beryllum fluoride-zirconium fluoride". The Journal of Physical Chemistry. 71 (3): 782–783. doi:10.1021/j100862a055.
  5. ^ Young, J. P.; White, J. C. (1960). "Absorption Spectra of Molten Fluoride Salts. Solutions of Several Metal Ions in Molten Lithium Fluoride-Sodium Fluoride-Potassium Fluoride". Analytical Chemistry. 32 (7): 799–802. doi:10.1021/ac60163a020.
  6. ^ Williams, D. F., Toth, L. M. & Clarno, K. T. (2006)고도 고온 원자로(AHTR) 용융 염냉매 후보 평가.기술. Oak Ridge National Laboratory, ORNL/TM-2006/12 의원.
  7. ^ Toth, L. M.; Bates, J. B.; Boyd, G. E. (1973). "Raman spectra of Be2F73- and higher polymers of beryllium fluorides in the crystalline and molten state". The Journal of Physical Chemistry. 77 (2): 216–221. doi:10.1021/j100621a014.
  8. ^ "Engineering Database of Liquid Salt Thermophysical and Thermochemical Properties" (PDF). Archived from the original (PDF) on August 8, 2014.
  9. ^ "The Pea and the Beach-Ball – Energy From Thorium".
  10. ^ "In Czech: ORNL part of nuclear R&D pact". Archived from the original on 2012-04-22. Retrieved 2012-05-13.
  11. ^ https://www.oecd-nea.org/janisweb/book/alphas/F19/MT4/renderer/226
  12. ^ Sorbom, B.N. (2015). "ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets". Fusion Engineering and Design. 100: 378–405. arXiv:1409.3540. doi:10.1016/j.fusengdes.2015.07.008. S2CID 1258716.