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pte20200714003 Technologie/Digitalisierung, Forschung/Entwicklung

Strahlung verlangsamt Korrosion von Werkstoffen

Nickel- und Chromlegierungen können Sicherheit und Effektivität in Reaktoren steigern


Werkstoff: Strahlung verlangsamt Korrosion (Grafik: MIT)
Werkstoff: Strahlung verlangsamt Korrosion (Grafik: MIT)

Cambridge (pte003/14.07.2020/06:05) - Forscher am Massachusetts Institut of Technology (MIT) http://mit.edu haben entdeckt, dass radioaktive Strahlung bestimmte Werkstoffe nicht korrodiert, wie es die bisherige Erfahrung lehrt, sondern im Gegenteil deren Widerstandsfähigkeit verbessert. Das eröffnet Möglichkeiten für ein verbessertes, sichereres Design von Reaktoren, einschließlich der Anlagen, die mit besonders aggressiven Flüssigsalzen gekühlt werden.

Tests in heißem Flüssigsalz

Die Entdeckung beruhe auf einem Zufall, gibt Forschungsleiter Michael Short zu. Eigentlich wollte das Team herausfinden, wie schnell bestimmte Nickel- und Chromlegierungen, die als Hüllen für Kernbrennstoffe eingesetzt werden sollten, durch Strahlung zerstört werden. Die Tests fanden in heißem Flüssigsalz statt. Sie erforderten den Einsatz von zahlreichen Sensoren an der Grenzfläche zwischen Schmelze und Werkstoff. Es zeigte sich von Anfang an, dass die eingesetzte Strahlung die Korrosion nicht beschleunigte, sondern im Gegenteil verzögerte.

"Wir haben den Versuch dutzende Male wiederholt, stets unter anderen Randbedingungen", sagt Short. Das Ergebnis sei immer das Gleiche gewesen. Sein Team konzentrierte sich auf Reaktoren, die mit flüssigem Natrium-, Lithium- und Kaliumsalz gekühlt werden. Diese Medien lassen sich sowohl in Spalt- als auch in Fusionsreaktoren einsetzen, also in Anlagen, in denen Atome sich spalten oder miteinander verschmelzen. In beiden Fällen wird Wärme frei, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Strahlung löst Selbstheilungsmechanismus aus

Bei den eingesetzten Nickel-Chrom-Legierungen zeigte sich, dass die Strahlung die Lebensdauer der Legierungen mindestens verdoppelte. Das werde künftig den frühzeitigen Austausch von sicherheitstechnisch relevanten Bauteilen überflüssig machen, sagt Short. Sein Team untersuchte die Proben nach der Bestrahlung in einem 650 Grad Celsius heißen Salzbad mit Hilfe eines Transmissions-Elektronenmikroskops.

Die Strahlung erzeugte in der Legierung winzige Defekte. Diese verbesserten die Beweglichkeit der Atome, sodass die Lücken, die das aggressive Salz in die Oberfläche ätzt, schnell wieder geschlossen werden. Die Strahlenschäden lösen praktisch einen Selbstheilungsmechanismus aus. Dieser Effekt werde künftige Reaktortypen sicherer und effizienter machen, so Short.

(Ende)
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