新しい手法が溶融塩のリアルタイム化学変化を測定(New Method Measures Real-Time Chemical Changes in Molten Salt)

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2025-03-19 オークリッジ国立研究所 (ORNL)

オークリッジ国立研究所(ORNL)の科学者たちは、溶融塩中の化学変化をリアルタイムで追跡する新たな手法を開発し、溶融塩炉の実用化に向けた重要な一歩を踏み出しました。 溶融塩炉では、溶融した塩にウランを溶解させた混合物が冷却材と燃料の両方として機能しますが、その複雑な化学組成のため、リアルタイムでの化学状態の監視が課題となっていました。研究チームは、レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を用いて、溶融塩中の元素および同位体をリアルタイムで測定することに成功しました。この手法では、レーザーを物質に集光してプラズマを生成し、その発光を分析することで、元素や同位体を特定・定量化します。実験では、350℃に加熱した硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの溶融塩混合物に、アルゴンガスを介して2種類の水素同位体を導入し、LIBSを用いてこれらの元素と同位体をリアルタイムで測定しました。この技術により、溶融塩炉の安全性と効率性の向上が期待されます。

<関連情報>

レーザー誘起ブレークダウン分光法による溶融塩系のリアルタイム元素・同位体測定 Real-Time Elemental and Isotopic Measurements of Molten Salt Systems through Laser-Induced Breakdown Spectroscopy

Hunter B. Andrews,Zechariah B. Kitzhaber,Daniel Orea,and Joanna McFarlane
Journal of the American Chemical Society  Published: December 4, 2024
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.4c13684

Abstract

新しい手法が溶融塩のリアルタイム化学変化を測定(New Method Measures Real-Time Chemical Changes in Molten Salt)

Molten salt reactors are an emerging advanced nuclear reactor concept in which the fuel is dissolved into the working fluid in the form of a high-temperature molten salt. The complex, mobile, and corrosive nature of this fluid presents a fundamental challenge for analytical measurements. Tracking species throughout the reactor is important for ensuring proper operation. This article presents laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) used to monitor the elemental composition of a molten salt and corresponding hydrogen isotopic shifts in real-time. A NaNO3–KNO3 eutectic salt was saturated with protium and deuterium gases, then the effluent aerosol stream formed using an argon sparging vessel was monitored with LIBS. This modular LIBS system permitted several spectrometers to be used simultaneously to capture high-resolution isotopic shifts and provide broadband elemental coverage. The results exhibit how LIBS can be used to understand salt–gas chemical and physical interactions such as diffusion. Furthermore, LIBS’ broad elemental coverage can provide greater insight into the chemical reactions within the salt vessel such as the formation of water vapor by monitoring hydrogen and oxygen signatures simultaneously. Ultimately, this study demonstrates the analytical possibilities of LIBS for real-time monitoring of isotopes and elemental composition in molten salt systems.

0500化学一般
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