ミシガン大学（U-M）の研究者たちは、商業用軸封をテストするために、模擬溶融塩炉（MSR）条件下での2300時間の珍しい実験を成功裏に完了しました。この実験では、環状グラファイトライナーシールをテストするために特別に設計された軸封テスト施設が使用されました。この軸封は約10日間の運転後に正常に機能し始め、アルゴンガスと組み合わせることで最も効果的でした。U-Mの核工学および放射線科学の教授である孫曉冬は、「信頼性の高いポンプとシール性能は、溶融塩炉技術の安全で実用的な展開にとって重要です。」と述べています。
この研究は、実際の操作条件下で貴重な実験データを提供し、将来の炉設計における重要な知識のギャップを埋めるのに役立ちます。」
溶融塩炉は高効率で、従来の水冷炉よりも低い圧力で運転します。しかし、これらの炉は、腐食性の塩蒸気や有毒ガス（フッ化水素など）の漏出を防ぐために、高度に信頼性のあるシールが必要です。溶融塩炉を模擬するために、研究者たちは2つのパイプで接続されたステンレス製タンクを備えた特別な施設を構築しました。このシステムは、底部タンクに32キログラムのFLiNaK塩を保存し、差圧を利用して上部の主タンクに押し込み、放射性コア条件を模擬します。FLiNaKはリチウム、ナトリウム、カリウムのフッ化物塩の混合物であり、実際の放射線危険なしに放射性コア塩の挙動を近似的に模擬することができます。
溶融塩炉のシール技術が安全性と実用性を向上させる
このチャンバー内では、電動モーターに接続された軸が商業用のグラファイトライナーシールで保護されています。この設定では、シールが塩蒸気、高温、回転速度（1,500 RPM）に対する耐久性をテストし、異なる不活性被覆ガスを実験しました。FLiNaK塩を使用した2300時間のテストでは、軸封テスト施設の検査では顕著なシールの腐食や劣化は見られませんでした。商業用シールは10日間の慣らし運転後に安定し、この期間中に摩擦が微視的な隙間を生じさせ、内部圧力を均衡させました。
テストはまた、操作温度と軸速度が性能に与える影響は大きくないことを示しました。興味深いことに、被覆ガスの選択が非常に重要です。このガスは同じ流量で最高のタンク圧を維持し、ヘリウムや窒素を超えました。
この実験は、炉のスケールアップを妨げてきた長年の知識のギャップを埋めるのに役立ちます。溶融塩に関する長期実験は非常に稀です。特に、材料が非常に揮発性で取り扱いが難しいため、世界で10キログラム以上の高温フッ化物塩を成功裏に運用している実験施設は10を超えません。「これらの結果は、十分に研究されていないポンプコンポーネントを測定可能な工学的問題に変える手助けをし、将来のシール設計、最適化、溶融塩炉および他の先進エネルギーシステムの拡大に向けた指針を提供します。」とU-Mの核工学および放射線科学の博士課程卒業生であり、この研究の主著者である車帥は述べています。
この発見のタイミングは絶妙です。先進的な第4世代溶融塩炉が徐々に登場しており、現在テネシー州オークリッジで建設中の注目のデモ炉も含まれています。したがって、U-Mの研究は産業開発者に即座に実行可能なフレームワークを提供します。これらの発見は、半径の隙間とガス選択に関する工学データを提供します。将来的には、次世代の高効率溶融塩炉の設計、最適化、実用的な拡大の指針となることができます。この研究は『核エネルギーの進展』ジャーナルに発表されました。