Добавить новость
smi24.net
News in English
Декабрь
2022

Mitigating corrosion by liquid tin could lead to better cooling in fusion reactors

0
Tokyo, Japan (SPX) Dec 15, 2022 - Researchers at Tokyo Institute of Technology and the National Institute for Fusion Science have clarified the chemical compatibility between high temperature liquid metal tin (Sn) and reduced activation ferritic martensitic, a candidate structural material for fusion reactors. This discovery has paved the way for the development of a liquid metal tin divertor, which is an advanced heat-removal component of fusion reactors. A device called a divertor is installed in the fusion reactors to maintain the purity of the plasma. For divertors, there has been demand for liquid metals that can withstand extremely large heat loads from high-temperature plasma.

Fusion reactors are being actively developed throughout the world as a form of sustainable zero-carbon energies because their fuel can be extracted from an inexhaustible supply of seawater. Also, they do not emit greenhouse gases. In addition to the construction of the tokamak (ITER), which is being constructed through collaboration of seven of the world's leading countries and regions (Japan, EU, United States, South Korea, China, Russia, and India), fusion development by the private sector is also accelerating.

One of the most important components in these fusion reactors is the divertor, a component which gasifies impurities in the plasma and sends the gas to an exhaust pump. During operation of a fusion reactor, some of the structural components of the divertor are exposed to extremely large heat loads at the same level as the "space shuttle when entering the atmosphere." Researchers are working to develop a solid divertor in which a block of heat-resistant material such as tungsten is placed in contact with the plasma and cooled with high-temperature, high-pressure water.

This solid divertor system is also used in the ITER project and the prototype fusion reactors. Conversely, as an innovative mechanism to withstand the large heat load from plasma, researchers have also considered the concept of a liquid metal divertor which protects the divertor from plasma by covering the structural material of the divertor with a liquid metal that possesses excellent cooling performance.

As shown in Fig. 1(a), tin (Sn) is a metal that has been used in various ways in our daily lives; for example, as a material for tableware and as a component of solder. Tin has a relatively low melting point of 232C and is suitable for use in a liquid state as shown in Fig. 1(b). Another property of tin is that its vapor pressure at high temperatures is lower than that of other liquid metals.

Therefore, as shown in Fig. 1(c), when liquid metal tin is used as a coolant to cover and protect the structural material surface of the liquid metal divertor of a fusion reactor, it is difficult to evaporate even if it is heated by plasma and reaches a high temperature. It also possesses the advantage of the evaporated metal being less likely to mix with the plasma. However, the corrosion of structural materials is a technical issue that has been concerned by researchers.

Research results
Kondo's laboratory has focused on chemical coexistence with various structural and functional materials. The laboratory has given particular attention to liquid metal coolants attracting attention in the field of next-generation energy such as fusion reactors. Researchers concentrated on liquid metal tin, which reveals the inconvenient property of being highly reactive at high temperatures. They worked to clarify the corrosion mechanism of fusion reactor structural materials and to discover materials that exhibit corrosion resistance.

1. What is high-temperature liquid metal tin and what causes its intense corrosiveness?

Reduced activation ferritic martensitic (Fe-9Cr-2W-0.1C), which is the primary candidate structural material for fusion reactors, is based on the composition of ferritic martensitic heat-resistant steel. Reduced activation ferritic martensitic uses additive elements that reduce induced radioactivity, assuming use in a neutron irradiation environment in a reactor. When reduced activation ferritic martensitic steel comes into contact with liquid metal tin, the incubation period before corrosion begins is very short. As shown in Figures 2(a) to 2(b), the researchers determined that the steel contains iron (Fe) which reacts with high-temperature tin to corrode the material while rapidly forming intermetallic compounds (FeSn2, etc.) on the tin.

In addition to containing iron, reduced activation ferritic martensitic steel also contains elements such as chromium and tungsten that do not easily react with tin. Therefore, the steel has a lower corrosion rate than that of pure iron. However, after ten days at 500C, the steel forms an intermetallic compound with a thickness of about 155 micrometers and corrodes. When extrapolating these numbers to one year, the thickness could reach the order of millimeters, which is a very large corrosion rate. At 600C, the researchers found that thinning due to corrosion became even more severe. At this time, the researchers also found that corrosion progresses due to the inward diffusion of tin into the microstructure of the steel.

Associate Professor Masatoshi Kondo of Tokyo Institute of Technology, who leads the research team, gave the following explanation: "Although liquid metal tin is an excellent coolant with a variety of properties, it has the drawback of corroding structural materials. By clarifying the corrosion mechanism, we hope to promote the use of liquid metal tin not only for fusion energy but also for solar thermal power plants."

2. What materials can withstand high-temperature liquid metal tin at high temperatures?

The researchers found that steel/iron-based structural materials corrode outwardly and inwardly while forming intermetallic compounds when exposed to high-temperature liquid metal tin. This is because iron, the main component of steel, reacts with high-temperature liquid tin. Therefore, the researchers theorized that it would be possible to prevent reaction with high-temperature tin by combining the iron with oxygen in advance to form an oxide prior to the reaction. Pursuing this theory, the researchers tested iron oxide (Fe2O3) and chromium oxide (Cr2O3) for compatibility with liquid tin at 500C.

The results are shown in Figure 3. When immersing the iron oxide sintered material, tin partially penetrated into the pores that were created during firing. However, the thickness of the reaction structure with tin on the material surface was about 1 micrometer. This was an extremely thin reaction which is only about 1% that of reduced activation ferritic steel. Moreover, when examining the sintered material of chromium oxide, it can be seen that the reaction structure with tin on the surface is very thin. In this way, the researchers found that even a metal element such as iron, which easily reacts with tin, can be significantly suppressed by prior reaction with oxygen to form an oxide.

"The operating environment of a liquid tin divertor in a fusion reactor is under extremely harsh conditions in which corrosion by liquid tin and irradiation of fusion neutrons are superimposed," explained Professor Kondo, who leads research by the Japanese team in Task 3 of the U.S.-Japan Science and Technology Cooperation Program: FRONTIER Project). "In this project, we are collaborating with the project team members from Oak Ridge National Laboratory in the United States to investigate the effects of radiation on the corrosion reaction dynamics of steel with liquid tin, "he added.

The discoveries discussed in this article clarified the cause and mechanism of corrosion of liquid metal tin, which has relatively strong corrosiveness. This research will contribute significantly to the achievement of a carbon-neutral society by assisting in the development of highly reliable advanced heat-receiving equipment for fusion reactors.

Research Report:Corrosion mechanism of reduced activation ferritic martensitic steel JLF-1 in liquid metal Sn








«REC. Гран-При Авторадио»: гонка на выносливость снова в Москве

Стирание исторических следов как признание цивилизационного банкротства

Героическое участие армян в СВО. Часть шестнадцатая

«Прошли два удара»: Гребенщиков рассказал свою версию драки с Пирцхалавой


Man Utd have agreed deal with AC Milan for £40m star's exit, await player decision - report

Cameroon star has said yes to Man Utd transfer but Red Devils face hurdle

OpenAI launches GPT-5, its most powerful AI yet—will it be enough to stay ahead in today’s ruthless AI race? 

Report: AC Milan’s Christian Pulisic set to team up with $87 million Manchester United star


У киберпреступников новая бизнес-модель

Два года с конфискацией "Гелика"

«Деловые Линии» запустили более 400 новых направлений экспресс-доставки

По подозрению в мошенничестве задержали замдиректора департамента мэрии Екатеринбурга


Steam for Chromebooks is getting axed in 2026 instead of exiting its 4-year beta

The US Air Force wants to test blowing up Cybertrucks because 'it is likely the type of vehicles used by the enemy may transition to Tesla Cyber trucks'

Находи идеальные места для персонажей-фигурок в «Is This Seat Taken?»

Mafia: The Old Country получила положительные оценки в Steam



«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

Процесс сошел с рельсов // Верховный суд определил пересмотреть дело о наезде Kia на трамвай

Добро в каждой чашке: Елизавета Боярская, фонд «Жизнь в Движении» и сеть кофеен «Ягода» запускают авторский кофе для помощи детям с ОВЗ

«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге


ГК «КОРТРОС» — в числе лидеров страны по объему ввода жилья

Похороны режиссера Юрия Бутусова пройдут в Петербурге

Замена хрусталика: советы офтальмолога о рисках и лазерной корректировке

При участии спецназа Росгвардии в Москве задержаны 300 нарушителей миграционного законодательства (видео)


Похороны режиссера Юрия Бутусова пройдут в Санкт-Петербурге

Легендарный футболист СССР отмазался от проблем с законом: решил все одним звонком

«Удары по лицу здесь запрещены»: Максим Бабанин позвал на тренировки слабослышащих детей

«Ротор» обыграл «Уфу» в матче Первой лиги


Рахимова покинула турнир в Цинциннати, уступив Саккари

Теннисист номер один мира прошёл отбор на итоговое соревнование ATP

Хачанов поднялся до 12-й позиции в мировом рейтинге ATP

Вероника Кудерметова в третьем круге турнира WTA: победа в Цинциннати!


«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

7 быстрорастущих культур, которые вы успеете посадить в августе

От Чехова с мангустами до встречи “Варягов”: что скрывают стены Московского вокзала Тулы

Похороны режиссера Юрия Бутусова пройдут в Санкт-Петербурге


Музыкальные новости

«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

«Хотел меня увезти в Эмираты»: Анастасию Волочкову чуть не похитили на красной дорожке

Вывод песни для продвижения в Импульсе Яндекс Музыка.

Олег Митяев выступит на новом фестивале «Бардовская волна»


Добро в каждой чашке: Елизавета Боярская, фонд «Жизнь в Движении» и сеть кофеен «Ягода» запускают авторский кофе для помощи детям с ОВЗ

"Динамо" Карпина упустило победу над "Сочи" в конце матча

«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

От Чехова с мангустами до встречи “Варягов”: что скрывают стены Московского вокзала Тулы


Добро в каждой чашке: Елизавета Боярская, фонд «Жизнь в Движении» и сеть кофеен «Ягода» запускают авторский кофе для помощи детям с ОВЗ

РПЛ: «Зенит» забил в свои ворота и проиграл «Ахмату» Черчесова, а хет-трик Батракова помог «Локомотиву» обыграть «Спартак»

Процесс сошел с рельсов // Верховный суд определил пересмотреть дело о наезде Kia на трамвай

Подозреваемого в нанесении ножевых ранений задержали росгвардейцы в Подмосковье


Процесс сошел с рельсов // Верховный суд определил пересмотреть дело о наезде Kia на трамвай

Дилеры по всей России получают Lada Iskra. Пока отгружают только седаны в цвете «Капитан» и универсалы в цвете «Табаско»

Грузовик опрокинулся на Рязанском проспекте у дома №1 — съезд с ЮВХ заблокирован

Москва: Новая эра зарядных станций для электромобилей с поддержкой инвесторов


Путин выразил поздравления Адабашяну по случаю юбилея

Медиа сообщили о планах Зеленского в ответ на встречу Путина и Трампа

Путин обратился с приветствием к участникам форума «Машук»

Bloomberg сообщает, что ЕС хочет провести переговоры с Трампом до встречи с Путиным




Будут ли магнитные бури сегодня, 10 августа 2025 года?

Авторская методика Натальи Бородиной – путь к восстановлению памяти и защите от деменции

«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

День физкультурника отметили спортивными шествиями по всей стране


В Киеве раскрыли тайный приказ Зеленского перед саммитом США и РФ на Аляске

В Киеве заявили о тайном приказе Зеленского перед Аляской

После «успешных» переговоров с Вэнсом в Киеве вновь отвергли мирные инициативы

NYT: своими заявлениями Зеленский может разозлить Трампа и навлечь на себя


День физкультурника отметили спортивными шествиями по всей стране

«Торпедо» и «Спартак» Кострома сразятся за три очка. «Торпедо» Москва — «Спартак» Кострома: прогноз и ставка

Akon в Москве: полная арена и феерия хитов на главном концерте года

"Динамо" Карпина упустило победу над "Сочи" в конце матча



Сергей Собянин. Главное за день

Собянин поздравил строителей с профессиональным праздником

Сергей Собянин поздравил строителей Москвы с профессиональным праздником

Мэр Москвы: Инвесторы смогут размещать зарядки для электромобилей


Без морщин. Эксперты рассказали о плюсах изменения климата в Москве

Специалист указал необходимое количество редкоземельных металлов для производства электромобиля

Москва: Новая эра зарядных станций для электромобилей с поддержкой инвесторов

Мэр Москвы: Инвесторы смогут размещать зарядки для электромобилей


Похороны режиссера Юрия Бутусова пройдут в Санкт-Петербурге

Причиной гибели Бутусова могло стать мертвое волнение в Черном море

7 быстрорастущих культур, которые вы успеете посадить в августе

«Удары по лицу здесь запрещены»: Максим Бабанин позвал на тренировки слабослышащих детей


Полицейский погиб при задержании поджигателя релейного шкафа под Архангельском

Льготные ипотеки на Дальнем Востоке активно получают участники СВО и сотрудники ОПК

Чёрный день календаря. 8 августа: Архангельская трагедия. Как ошибка пилота погубила рейс Як-40

без заголовка


Анастасия Гридчина: В Симферополе, в стенах гостеприимного Дома дружбы народов, состоялась торжественная презентация военно-патриотических изданий, увидевших свет в 2025 году благодаря усилиям Медиацентра им. И. Гаспринского

Прогноз погоды в Крыму на 10 августа

Подросток на Мersedes сбил пешехода на трассе в Керчь

На консервном заводе в Симферополе изъяли 12 тонн небезопасного сырья


«Бежим за Мечту — Ходить»: подростки на протезах пробегут марафон в Екатеринбурге

«Ротор» обыграл «Уфу» в матче Первой лиги

"Динамо" Карпина упустило победу над "Сочи" в конце матча

«Удары по лицу здесь запрещены»: Максим Бабанин позвал на тренировки слабослышащих детей














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *