El químico distinguido del Laboratorio Nacional de Brookhaven, James Wishart, en la instalación de acelerador de electrones láser (LEAF), una de las dos instalaciones que su equipo usó para rastrear la química del cromo en sales fundidas. Crédito: Roger Stoutenburgh/Brookhaven National Laboratory
Las altas temperaturas y la radiación ionizante crean entornos extremadamente corrosivos dentro de un reactor nuclear. Para diseñar reactores duraderos, los científicos deben comprender cómo las reacciones químicas inducidas por la radiación afectan los materiales estructurales.
Los químicos del Laboratorio Nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) Brookhaven Laboratorio Nacional y el Laboratorio Nacional de Idaho realizaron recientemente experimentos que muestran que las reacciones inducidas por la radiación pueden ayudar a mitigar la corrosión de los metales del reactor en un nuevo tipo de reactor enfriado por sales fundidas.
Sus hallazgos se publican en la revista Physical Chemistry Chemical Physics.
“Los reactores de sal fundidos son una tecnología emergente para la producción de energía nuclear más segura y escalable. Estos reactores avanzados pueden operar a temperaturas más altas y más eficientes que las tecnologías de reactores refrigeradas por agua tradicionales al tiempo que mantienen una presión relativamente ambiental”, explicó James Wishart, un distinguido químico de Brookhaven Lab y líder de la investigación.
A diferencia de los reactores refrigerados por agua, los reactores de sal fundidos usan un refrigerante hecho completamente de iones cargados positiva y negativamente, que permanecen en estado líquido solo a altas temperaturas. Es similar a los cristales de sal de mesa de fusión hasta que fluyen sin agregar ningún otro líquido.
“Para asegurar la confiabilidad a largo plazo de estos nuevos reactores, tenemos que entender cómo las sales fundidas interactúan con otros elementos en un entorno de radiación”, dijo Wishart.
Los científicos estaban particularmente preocupados por el seguimiento del cromo, un componente frecuente de las aleaciones de metales propuestas para reactores nucleares de sal fundida.
“El cromo tiende a ser el elemento más fácil de corroerse de la mayoría de las aleaciones y, en última instancia, se acumulará en el refrigerante de los reactores de sal fundidos”, dijo Wishart.
A medida que el cromo se disuelve en la sal fundida, algunas de sus formas químicas pueden acelerar los procesos de corrosión, comprometiendo la integridad estructural y el rendimiento del reactor. La distribución de los estados de oxidación de iones de cromo, cuántas vacantes de electrones tienen disponibles para las reacciones químicas, es el factor que determina si se produce la corrosión.
“La presencia de cromo trivalente disuelto (CR3+, con tres vacantes de electrones) puede acelerar la corrosión en algunos casos, mientras que el cromo divalente (CR2+, con solo dos vacantes) no”, dijo Wishart.
Dado que el cromo es estable como CR3+ y Cr2+ en la mayoría de las sales fundidas, “es esencial comprender cómo CR3+ y Cr2+ reaccionan químicamente con las especies producidas en el campo de radiación de un reactor y qué productos hacen”, explicó Wishart.
Brookhaven Lab es el lugar perfecto para investigar estos procesos porque alberga instalaciones que pueden desencadenar reacciones inducidas por radiación y rastrearlas en tiempo real, desde billones de un segundo a minutos. Estas instalaciones son la instalación de acelerador de electrones láser y el acelerador Van de Graaff de VAN de dos millones de electrones, ambos en la división de química del laboratorio.
Wishart y sus colaboradores utilizaron estas instalaciones para medir las tasas y las dependencias de temperatura de las reacciones de los dos tipos de iones de cromo con especies reactivas generadas por radiación en la sal fundida.
“Nuestro análisis indicó que el efecto neto de la radiación en el entorno de sal fundida es favorecer la conversión de CR3+ corrosivo a CR2+ menos corrosivo”, dijo Wishart.
Esta investigación fue un producto de las sales fundidas en entornos extremos del Centro de Investigación de Frontera de Energía establecida en el Laboratorio Nacional de Brookhaven por la Oficina de Ciencias del DOE en 2018 para explorar las propiedades fundamentales y las posibles aplicaciones de las sales fundidas en entornos nucleares.
Más información: Kazuhiro Iwamamatsu et al, cinética de la química redox inducida por la radiación (II) y Cr (III) en la física química química de química y química de química, química física (2025). Doi: 10.1039/d4cp04190a
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Brookhaven
Cita: El estudio revela el papel de Chromium en la corrosión del reactor de sal fundida (2025, 2 de abril) recuperado el 2 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-tracks-cromium-chemistry-radiate-molten.html
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