原子配列が原子炉材料の腐食経路を形成することを解明(Metals’ atomic arrangement can create ‘corrosion highways’ in nuclear reactors)

2026-07-13 ペンシルベニア州立大学(PennState)

米国ペンシルベニア州立大学(Penn State)の研究チームは、原子炉で使用される金属材料の原子配列が腐食の進行経路(「腐食ハイウェイ」)を形成し、腐食耐性を大きく左右することを明らかにした。研究では、原子レベルの顕微鏡観察と計算解析を組み合わせ、金属結晶中の特定の原子配置や欠陥が腐食性元素の拡散経路となり、局所的な腐食を加速する仕組みを解明した。一方、原子配列を制御することで腐食経路を遮断し、材料の耐食性を向上できる可能性も示された。この成果は、従来の合金組成や表面処理だけでなく、原子スケールの構造設計によって耐久性を高める新たな材料設計指針を提供するものである。今後は、原子炉をはじめとする過酷環境で使用される材料の長寿命化や安全性向上に加え、エネルギー設備や航空宇宙分野など幅広い高耐食材料の開発への応用が期待される。

原子配列が原子炉材料の腐食経路を形成することを解明(Metals’ atomic arrangement can create ‘corrosion highways’ in nuclear reactors)
Scientists created hyper-detailed simulations of nichrome, a metal alloy used in nuclear reactors, and exposed them to a popular molten salt mixture used in an advanced type of nuclear reactor. The team found that particular atomic arrangements created “corrosion highways” that made the material much more susceptible to corrosion. Credit: Provided by Hamdy Arkoub. All Rights Reserved.

<関連情報>

溶融塩中における化学的に秩序だったNiCr合金の浸透腐食経路 Percolating corrosion pathways of chemically ordered NiCr alloys in molten salts

Hamdy Arkoub, Jia-Hong Ke, Kaustubh Bawane, Miaomiao Jin
Corrosion Science  Available online: 22 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113960

Highlights

  • Long-range ordered Ni2Cr corrodes faster than disordered NiCr alloys.
  • Ordering creates percolating Cr pathways that accelerate dissolution.
  • Cr network connectivity enables rapid near-surface diffusion and loss.
  • DFT shows LRO lowers energetic barrier for Cr detachment in FLiNaK.

Abstract

Recent experiments have shown that chemical ordering in NiCr alloys can significantly accelerate corrosion in molten salt environments. However, the underlying mechanisms remain poorly understood. Using reactive molecular dynamics and first-principles calculations, we show that long-range ordered Ni2Cr in Ni–33at.%Cr alloys corrodes far more rapidly in FLiNaK salt at 800 “C than short-range ordered or random solid solutions. This accelerated attack originates from percolating Cr pathways that enhance near-surface diffusion and a lowered energetic barrier for Cr dissolution. Contrary to earlier explanations that attributed this behavior to residual stresses, our stress-free simulations demonstrate that ordering alone accelerates the degradation. These results establish percolation as a critical link between chemical ordering and corrosion kinetics, offering a mechanistic basis for experimental observations.

0703金属材料
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