- 密西根大學成功完成了 2,300 小時的熔鹽反應堆實驗。
- 實驗顯示商業石墨襯套密封在高温下表現出色。
- 覆蓋氣體的選擇對密封性能影響重大。
- 該研究為未來熔鹽反應堆設計提供了重要數據。
密西根大學（U-M）的研究人員成功完成了一項罕見的 2,300 小時實驗，測試了一種商業軸封，在模擬熔鹽反應堆（MSR）條件下進行。該實驗使用了專門建造的軸封測試設施，以測試一種環形石墨襯套密封。該軸封經過約 10 天的運行後才開始順利工作，並在配合氬氣時效果最佳。U-M 核工程及輻射科學教授孫曉冬表示：「可靠的泵和密封性能對於熔鹽反應堆技術的安全和實用部署至關重要。
本研究在現實操作條件下提供了寶貴的實驗數據，有助於填補未來反應堆設計的重要知識空白。」
熔鹽反應堆具有高效率，並在低於傳統水冷反應堆的壓力下運行。然而，這些反應堆需要高度可靠的密封，以防止極具腐蝕性的鹽蒸氣和有毒氣體（如氟化氫）的逸出。為了模擬熔鹽反應堆，研究人員構建了一個專門設施，設有兩個由管道連接的不銹鋼儲罐。該系統使用底部儲罐存儲 32 公斤的 FLiNaK 鹽，並通過差壓將其推入上部主儲罐，以模擬放射性核心條件。FLiNaK 是鋰、鈉和鉀氟化物鹽的混合物，能夠近似模擬放射性核心鹽的行為，而無需實際的輻射危險。
實驗設施與測試方法
在此腔體內，連接電動馬達的軸被一種商業可用的石墨襯套密封保護。該設置測試了密封對鹽蒸氣、高温及旋轉速度（1,500 RPM）的耐久性，同時實驗不同的惰性覆蓋氣體。在使用 FLiNaK 鹽進行的 2,300 小時測試中，軸封測試設施在測試後檢查中未顯示出顯著的密封腐蝕或劣化。商業密封在經過 10 天的磨合期後穩定下來，這期間摩擦產生了微觀間隙，平衡了內部壓力。
測試還顯示，操作温度和軸速對性能影響不大。有趣的是，覆蓋氣體的選擇至關重要。該氣體在相同流量下維持了最高的儲罐壓力，超過氦氣和氮氣。
研究成果的實際應用
這項實驗有助於填補一個長期以來阻礙反應堆擴大規模的巨大知識空白。涉及熔鹽的長期實驗極為罕見。特別是，由於材料極為揮發且難以處理，全球成功運行超過 10 公斤高温氟化物鹽的實驗設施不超過 10 個。「這些結果幫助將一個未被充分研究的泵組件轉變為可測量的工程問題，並為未來的密封設計、優化和熔鹽反應堆及其他先進能源系統的擴大提供指導。」U-M 核工程及輻射科學博士畢業生及本研究的首席作者車帥表示。
這項發現的時機恰到好處。先進的第四代熔鹽反應堆正在逐步出現，包括目前在田納西州奧克里奇建設的高調示範反應堆。因此，U-M 的研究為工業開發者提供了一個立即可行的框架。這些發現提供了有關徑向間隙和氣體選擇的工程數據。未來，它可以作為下一代高效熔鹽反應堆的設計、優化和擴大實用指導。該研究發表於《核能進展》期刊。
熔鹽反應堆技術的突破性進展
這項研究的成功對熔鹽反應堆技術的發展至關重要，因為它填補了長期以來的知識空白。熔鹽反應堆因其高效率及低壓運行特性而受到重視，但其密封技術一直是挑戰。這項實驗不僅證明了商業密封的耐久性，還強調了氣體選擇的重要性。隨著第四代熔鹽反應堆的興起，這些研究成果將為工業開發者提供實用的設計指導，推動先進能源系統的進一步發展。