علماء أمريكيون يكتشفون السبب وراء “الطرق السريعة للتآكل” في المفاعلات النووية المتقدمة
اكتشف العلماء في جامعة ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة سبب رؤية المفاعلات النووية المتقدمة لـ “طرق التآكل السريعة” وكيف يمكن لضبط الترتيب الذري لمعادنها الهيكلية أن يؤثر على معدل ومدى التآكل. تستعد الطاقة النووية لعودة كبيرة حيث تبحث البلدان عن طرق لتلبية احتياجاتها من الطاقة دون زيادة انبعاثات الكربون. في المفاعل الانشطاري التقليدي، يتم غمر قضبان وقود اليورانيوم داخل وعاء كبير من الماء. عند حدوث التفاعلات الانشطارية، تتولد كمية كبيرة من الحرارة، والتي يمتصها الماء للحفاظ على برودة قضبان الوقود. وفي الوقت نفسه، تقوم الحرارة الممتصة بتحويل الماء إلى بخار، والذي يستخدم لتشغيل التوربينات وتوليد الكهرباء. في المفاعلات الانشطارية المصممة حديثًا، يتم استخدام الملح المنصهر كمبرد ووقود، مما يلغي الحاجة إلى مجموعة من المياه لتعبئة قضبان الوقود فيها. وهذا يسمح بتدوير الوقود والنفايات النووية داخل وخارج وعاء المفاعل، مما يحسن كفاءة المفاعل وسلامته. ومع ذلك، لاحظ الباحثون مشاكل التآكل في هذه المفاعلات. طرق التآكل السريعة عند مقارنتها بالمفاعلات الانشطارية التقليدية، فإن مفاعلات الملح المصهور تعمل بشكل أكثر سخونة. يمكن أن تصل درجات الحرارة داخل هذه المفاعلات إلى 1500 درجة فهرنهايت (800 درجة مئوية). عند درجات الحرارة هذه، يظل الملح المنصهر مستقرًا كيميائيًا ولكنه يبدأ في تآكل المعدن المستخدم لبناء وعاء المفاعل، مما يشكل خطرًا كبيرًا على السلامة. ويدرك العلماء ذلك، وقد سعت الأبحاث السابقة في عام 2024 إلى فهم سبب التآكل باستخدام نموذج كيميائي. وفي تلك الدراسة، استخدم الباحث حمدي عرقوب ملح FLiNaK، وسعى إلى فهم تفاعله مع النيتشروم، وهي سبيكة النيكل والكروم المستخدمة في بناء المفاعلات. وأوضح عرقوب في بيان صحفي أن “درجات الحرارة المرتفعة ووجود الإشعاع في هذه المفاعلات يجعل من الصعب إجراء دراسة تجريبية لكيفية بدء التآكل وانتشاره في النيتشروم”. “يهدف عملنا إلى استخدام النمذجة والمحاكاة لملء الفجوات.” ساعد النموذج الفريق على بناء محاكاة تفصيلية لكيفية تآكل الكروم على وجه التحديد عند تعرضه لملح FLiNaK تحت مستويات مختلفة من الضغط الميكانيكي والتغيرات في اتجاه السطح المعدني. دور الترتيب الذري في الدراسات، لاحظ الباحثون أن العينات الفردية من النيتشروم كانت أكثر عرضة للتآكل من السبائك الأخرى التي لها نفس التركيب الكيميائي. ويُعزى هذا في وقت سابق إلى الإجهاد الميكانيكي، لكن عرقوب وفريقه أرادوا تحديد ما إذا كان للبنية المجهرية للمعدن دور تلعبه. في نيتشروم، تتناثر ذرات الكروم بسبب عملية تسمى الترتيب الذري، والتي تحدد كيفية انتقال الذرات أو ترشحها. يمكن أن يظهر هذا على المدى القصير أو البعيد، لكن فريق البحث لم يفهم الآليات التي تلعب دوراً في هذه العملية. باستخدام الكمبيوتر العملاق ROAR الخاص بـ PennState، أنشأ الفريق العديد من عمليات المحاكاة التفصيلية للتآكل بين السبيكة والملح المنصهر. يتضح عمق عمليات المحاكاة من خلال حقيقة أن الكمبيوتر العملاق استغرق يومًا كاملاً لمعالجة نانوثانية واحدة فقط من تفاعل التآكل. ومن خلال عمليات المحاكاة هذه، وجد فريق البحث أن الترتيب الذري طويل المدى يخلق نوعًا من الطريق السريع لعملية التآكل مقارنةً بالهيكلة العشوائية قصيرة المدى. وأضاف عرقوب: “باستخدام هذا الفهم الجديد، نحاول بناء نموذج واسع النطاق يسمح لنا برؤية التطور في الوقت الفعلي لكيفية تصرف بعض مواد السبائك عند تعرضها للملح المنصهر”، الأمر الذي سيؤدي في النهاية إلى بناء أوعية أكثر أمانًا لمفاعلات الملح المنصهر. ونشرت نتائج البحث في مجلة Corrosion Science.
تم النشر: 2026-07-14 14:22:00
