FLiNaK熔盐脱氧阳极研究

发布时间：2020-11-04 11:30

　　 熔盐核反应堆(Molten Salt Reactor,简称MSR)具有可以在高温下工作、热效率更高、无温室气体排放、安全性好的特点。熔盐堆使用氟化物熔盐作为核燃料载体和冷却剂,其独特的热物理化学性质使得MSR在中子经济性、固有安全性和放射性废物处理等方面具有无可比拟的优势。FLiNaK中的氧对管道材料腐蚀影响很大,还会形成沉淀,造成燃料回路局部过热产生安全隐患。针对FLiNaK盐脱氧的国际难题,本论文首次提出利用二氧化锡高温电子导电性,将其作电化学脱氧阳极;利用氧化锆固体电解质管高温氧离子的传导能力和低熔点金属对氧的亲和力,以锌镁、铝镁、锌作脱氧剂,与Zr02(Y203)固体电解质管组成固体电解质管-活泼金属复合阳极,对上述电化学脱氧阳极进行研究。通过对二氧化锡阳极电场和无电场作用下的FLiNaK熔盐腐蚀研究发现,二氧化锡电化学脱氧阳极耐FLiNaK熔盐腐蚀能力较强;腐蚀以NaF为主;电场作用下可持续55h以上,但脱氧电流效率相对低。通过对在电场作用下,三种氧化锆固体电解质管-活泼金属复合电化学脱氧阳极的研究发现,复合电极脱氧电流效率相对较高,可将熔盐中氧含量降到108ppm;铝镁复合阳极脱氧效果较差;锌复合阳极脱氧效果好但寿命低;锌镁复合阳极脱氧效果好,且寿命较长。氧化锆耐FLiNaK熔盐腐蚀能力较差。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL44
【部分图文】：

物理化学性质；ＵＦ４和ＰｕＦ３为裂变燃料，产生热量和中子；ＴｈＦ４和ＵＦ４为增殖燃料，??吸收中子产生新的裂变燃料Ｕ或Ｐｕ，在线萃取处理后重新进入反应循环，熔盐堆示意??图如图１．１。由于燃料的直接热交换方式使其具备可以小型化的优势，从而具有为舰船??和航空器上提供动力的光明前景［５，６］。??－２－??

?＾ｌｉ＾ｆ?？??哪??图１．１熔盐堆示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｌｔｅｎ?ｓａｌｔ?ｐｉｌｅ??１．２．１飞行器反应堆实验??对溶盐堆的集中研宄始于美国飞行器反应堆实验［ＵＳ?Ａｉｒｃｒａｆｔ?Ｒｅａｃｔｏｒ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，??ＡＲＥ］。ＡＲＥ是一个２．５ＭＷ热功率的核反应堆实验，旨在使核反应堆达到可作为核动??力轰炸机引擎的高功率密度该计划促成了几个实验，其中的三个引擎测试实验统称??为热转移反应堆实验：ＨＴＲＥ－１、ＨＴＲＥ－２和ＨＴＲＥ－３。其中一个实验用熔融氟盐??ＮａＦ－ＺｒＦ４－ＵＦ４?（摩尔百分比为５３－４１－６）作为燃料，用氧化铍（ＢｅＯ）作为慢化剂，用液??态钠作为二次冷却剂［ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ｃｏｏｌａｎｔ］，峰值温度为８６０°Ｃ。它在１９５４年连续运行１０００??小时，金属结构和管道采用的是铬镍铁６００合金［８］。??１．２．２熔盐堆实验??在２０世纪６０年代，橡树岭国家实验室［Ｏａｋ?Ｒｉｄｇｅ?Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，简称ＯＲＮＬ］??在熔盐堆研究中居于领先

２．１．２?Ｚｒ〇２（Ｙ２０３）固体电解质管作阳极实验原理??实验采用Ｚｒ０２（Ｙ２０３）固体电解质管，以金属脱氧剂为阳极、镍坩埚为阴极组装熔盐??电脱氧装置，如图２．２所示。??１??铁铬铝丝??Ｚ氧化铝粉末??高温导线＼＾＿＾??氧化结管??ｎ?彳金属説氧剂??镍坩埚＼國??＼?：：：梦?＾ＬｉＸａＫｔＳＳ；??图２．２熔盐电脱氧装置示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｋｅｔｃｈ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏ－ｄｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ?ｆｏｒ?ｍｏｌｔｅｎ?ｓａｌｔ??以Ｚｒ０２（Ｙ２０３）固体电解质管作阳极，熔盐电脱氧过程中会发生以下反应：??阴极反应：??Ｍｅ２＋＋２ｅ—＞Ｍｅ??（０）＋２ｅ—〇２－??阳极反应：??０２－－２ｅ—［０］??［０］＋Ｍｅ—＾ＭｅＯ??２．２实验方法及原料??２．２．１主要实验设备??实验中所用的主要设备如表２．１。??－１４－??
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本文编号：2870037