Les chercheurs ont simulé informatiquement l’interaction entre les électrons et le sel de chlorure de zinc fondu et ont découvert trois états distincts. Cette découverte est cruciale pour comprendre les effets des radiations sur les futurs réacteurs nucléaires alimentés au sel. Les enseignements de cette étude permettront de poursuivre les recherches sur la réactivité des sels fondus sous rayonnement.

Les scientifiques ont révélé trois états électroniques uniques dans le sel fondu, une découverte cruciale pour les effets des radiations des futurs réacteurs nucléaires alimentés au sel.

Une découverte scientifique qui aide à faire la lumière sur le comportement potentiel du sel fondu dans les réacteurs nucléaires avancés montre comment les électrons interagissent avec les ions présents dans le sel fondu pour former trois états aux propriétés différentes. Comprendre ces états peut aider à prédire les effets des rayonnements sur les performances des réacteurs alimentés au sel.

Des chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge du Département américain de l'énergie et de l'Université de l'Iowa ont simulé informatiquement l'introduction d'électrons en excès dans du sel de chlorure de zinc fondu pour voir ce qui se passerait.

Ils ont trouvé trois scénarios possibles. Dans un cas, l’électron fait partie d’un radical moléculaire contenant deux ions zinc. Dans l’autre cas, les électrons sont localisés sur un seul ion zinc. Dans le troisième cas, les électrons sont dispersés ou diffusés à travers plusieurs ions sel.

Lorsqu’ils sont exposés à un rayonnement, les électrons générés dans le chlorure de zinc fondu (ou ZnCl2) peuvent être observés dans trois états orbitaux moléculaires occupés uniques, ainsi que dans un état plus diffus et dispersé. Source : Hung H. Nguyen/Université de l'Iowa

Implications pour la conception future des réacteurs

Étant donné que les réacteurs à sels fondus sont l'un des modèles de réacteurs envisagés pour les futures centrales nucléaires, "la grande question est de savoir ce qui se passe lorsque les sels fondus sont exposés à de fortes radiations", a déclaré Vyacheslav Bryantsev, chef du groupe de séparations chimiques de l'ORNL, l'un des scientifiques de l'étude et auteur de l'article. " Qu'arrive-t-il au sel utilisé pour transporter le combustible dans ces concepts de réacteurs avancés ?

Claudio Margulis, professeur de chimie à l'Université de l'Iowa et l'un des chercheurs et auteurs de l'étude, a déclaré : « Il est très important de comprendre comment les électrons interagissent avec les sels. Nous voyons dans l'étude que sur des périodes très courtes, les électrons peuvent favoriser la formation de dimères et de monomères de zinc et peuvent également se délocaliser. Il est concevable que sur des échelles de temps plus longues, ces espèces puissent interagir davantage pour former d'autres espèces plus complexes.

Dans cette étude, les scientifiques voulaient comprendre comment les électrons émergeant du rayonnement produit par le combustible nucléaire ou d’autres sources d’énergie réagiraient avec les ions qui composent le sel fondu.

"Cette étude ne répond pas à toutes ces questions, mais c'est le début d'une étude plus approfondie de la manière dont les électrons interagissent avec les sels", a déclaré Margulis.

Interactions potentielles à long terme et résultats publiés

"Nos calculs de dynamique moléculaire montrent que ces trois espèces peuvent se former dans la fusion en très peu de temps, ce qui soulève la question suivante : quelles autres espèces peuvent se former sur une période plus longue. Nous n'avons pas encore de réponse à cette question. Une option est que les électrons puissent retourner à l'espèce dont ils sont issus", a déclaré Magris. ; Par exemple, un radical chlore peut reprendre un électron pour former du chlorure. Une autre possibilité est que les espèces radicalaires puissent réagir de manière plus complexe, et ce qui est particulièrement intéressant est que lorsque suffisamment de radicaux sont produits par rayonnement, ces radicaux peuvent être rapprochés, auquel cas ils peuvent réagir pour former des espèces plus complexes.

Les chercheurs, ainsi que Hung Nguyen, étudiant diplômé de l'État de l'Iowa, ont publié leurs résultats dans le Journal of Physical Chemistry B de l'American Chemical Society dans un article intitulé « Les sels fondus à haute température réagissent-ils avec un excès d'électrons ? "The Case of ZnCl2" a été sélectionné comme article de choix de l'éditeur de l'American Chemical Society, un honneur décerné par l'American Chemical Society à un article d'intérêt public sélectionné parmi tous ses articles. Le journal a également été choisi comme couverture du magazine.

La recherche fait partie du Centre de recherche sur les sels fondus dans les environnements extrêmes (MSEEEFRC) du ministère de l'Énergie, dirigé par le Laboratoire national de Brookhaven. L'EFRC est un programme de recherche fondamentale financé par l'Office des sciences énergétiques fondamentales du ministère de l'Énergie qui rassemble des équipes créatives multidisciplinaires et multi-institutionnelles de chercheurs pour résoudre les défis scientifiques majeurs les plus difficiles à l'avant-garde de la recherche fondamentale en sciences énergétiques.

sens plus large

"Cette étude est importante car elle montre comment les électrons excédentaires produits par le rayonnement dans les réacteurs à sels fondus peuvent avoir de nombreuses formes de réactivité. D'autres membres de l'équipe MSEE et moi-même essayons de déterminer expérimentalement ces autres formes de réactivité", a déclaré James Wishart, scientifique culturel de Brooksea, directeur du MSEEEFRC.

"Cette étude nous donne un aperçu de la manière dont les électrons interagissent avec le sel fondu", a déclaré Bryantsev. "De nombreuses questions restent encore sans réponse. Par exemple, cette interaction est-elle similaire à ce qui se passe avec d'autres sels ?"

"Je continuerai à travailler avec le professeur Margulis, le Dr Bryantsev et d'autres membres du projet MSEE pour étendre nos recherches en étudiant d'autres systèmes salins", a déclaré Nguyen, premier auteur de l'article. "J'espère que nous pourrons répondre à davantage de questions sur les effets des radiations sur les sels fondus."