Kiểm soát ăn mòn wormhole một chiều có thể giúp cải tiến các thiết kế nhà máy điện

Kiểm soát ăn mòn wormhole một chiều có thể giúp cải tiến các thiết kế nhà máy điện

    Kiểm soát ăn mòn wormhole một chiều có thể giúp cải tiến các thiết kế nhà máy điện
    của Ashley WennersHerron, Đại học bang Pennsylvania

    Scientists identify new mechanism of corrosion
    Muối nóng chảy đã ăn mòn một hàng rào kim loại, có vẻ như bị ngắt kết nối trên một lát cắt của thiệt hại (phải). Các nhà nghiên cứu đã chụp ảnh sự ăn mòn theo nhiều chiều và tái tạo lại đường đi của muối xuyên qua kim loại (trái). Ảnh: Yang Yang / Penn State


    Nó bắt đầu với một bí ẩn: Làm thế nào mà muối nóng chảy chọc thủng thùng chứa kim loại của nó? Hiểu được hành vi của muối nóng chảy, một chất làm mát được đề xuất cho các lò phản ứng hạt nhân thế hệ tiếp theo và năng lượng nhiệt hạch, là một câu hỏi về sự an toàn quan trọng đối với sản xuất năng lượng tiên tiến.

    Nhóm nghiên cứu đa tổ chức, do Penn State đồng dẫn đầu, ban đầu đã chụp ảnh một mặt cắt ngang của hộp kín, nhưng không tìm thấy đường dẫn rõ ràng nào cho muối xuất hiện bên ngoài. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chụp cắt lớp điện tử, một kỹ thuật hình ảnh 3D, để phát hiện ra những lối đi nhỏ nhất được kết nối liên kết hai mặt của vật chứa rắn. Phát hiện đó chỉ dẫn đến nhiều câu hỏi hơn cho nhóm điều tra hiện tượng kỳ lạ.

    Họ đã công bố câu trả lời vào ngày 22 tháng 2 trên tạp chí Nature Communications.

    "Sự ăn mòn, một dạng hư hỏng phổ biến của vật liệu, thường được đo bằng ba chiều hoặc hai chiều, nhưng những lý thuyết đó không đủ để giải thích hiện tượng trong trường hợp này", đồng tác giả Yang Yang, trợ lý giáo sư khoa học kỹ thuật và cơ học cho biết. và của kỹ thuật hạt nhân tại Penn State. Ông cũng liên kết với Trung tâm Kính hiển vi Điện tử Quốc gia tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, cũng như Viện Nghiên cứu Vật liệu tại Penn State. “Chúng tôi nhận thấy rằng sự ăn mòn xuyên thấu này rất cục bộ, nó chỉ tồn tại trong một chiều – giống như lỗ sâu đục.”

    Các lỗ giun trên Trái đất, không giống như hiện tượng vật lý thiên văn giả định, thường bị các loài côn trùng như sâu và bọ cánh cứng làm cho chán ngán. Họ đào đất, gỗ hoặc trái cây, để lại một cái lỗ phía sau khi họ đào một mê cung vô hình. Con sâu có thể quay trở lại bề mặt thông qua một lỗ mới. Nhìn bề ngoài, có vẻ như con sâu biến mất tại một thời điểm trong không gian và thời gian và xuất hiện trở lại vào một thời điểm khác. Chụp cắt lớp điện tử có thể tiết lộ các đường hầm ẩn trong đường đi của muối nóng chảy ở quy mô vi mô, có hình thái trông rất giống với các lỗ giun.

    Để tìm hiểu cách muối nóng chảy "đào" qua kim loại, Yang và nhóm đã phát triển các công cụ và phương pháp phân tích mới. Theo Yang, phát hiện của họ không chỉ khám phá ra một cơ chế mới về hình thái ăn mòn mà còn chỉ ra khả năng thiết kế có chủ ý các cấu trúc như vậy để tạo ra các vật liệu cao cấp hơn.


    Muối nóng chảy thấm vào các hợp kim kim loại khác nhau theo các kiểu khác nhau; tăng trưởng oxit có thể hình thành hình thái 1D tương tự. Từ trên cùng bên trái, theo chiều kim đồng hồ: thép không gỉ bị ăn mòn trong muối, hợp kim sắt-niken-crom bị ăn mòn trong muối, hợp kim crom-mangan-sắt-coban-niken bị oxy hóa trong không khí và hợp kim nhôm-niken bị oxy hóa trong nước. Tất cả các hình thái có vẻ giống nhau, bao phủ một phần ranh giới hạt. Tín dụng: Yang Yang / Penn State
    "Sự ăn mòn thường tăng nhanh tại các vị trí cụ thể do các khiếm khuyết vật liệu khác nhau và môi trường địa phương riêng biệt, nhưng việc phát hiện, dự đoán và hiểu về sự ăn mòn cục bộ là vô cùng khó khăn", đồng tác giả Andrew M. Minor, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại Đại học California, cho biết. Đại học California Berkeley và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley.

    Controlling one-dimensional wormhole corrosion could help advance power plant designs

    Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng sự hình thành lỗ sâu đục có liên quan đến mật độ đặc biệt của các vị trí trống—các vị trí trống do loại bỏ các nguyên tử—trong vật liệu. Để chứng minh điều này, nhóm đã kết hợp kính hiển vi điện tử truyền qua quét 4D với các tính toán lý thuyết để xác định các chỗ trống trong vật liệu. Cùng với nhau, điều này cho phép các nhà nghiên cứu lập bản đồ các chỗ trống trong sự sắp xếp nguyên tử của vật liệu ở quy mô nanomet. Yang cho biết độ phân giải thu được cao hơn 10.000 lần so với các phương pháp phát hiện thông thường.

    Đồng tác giả Michael Short, phó giáo sư khoa học và kỹ thuật hạt nhân tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết: “Vật liệu không hoàn hảo. "Chúng có các chỗ trống và nồng độ chỗ trống tăng lên khi vật liệu được nung nóng, chiếu xạ hoặc, trong trường hợp của chúng tôi, bị ăn mòn. Nồng độ chỗ trống điển hình ít hơn nhiều so với nồng độ do muối nóng chảy gây ra, tập hợp lại và đóng vai trò là tiền chất của hố sâu."

    Muối nóng chảy, có thể được sử dụng làm môi trường phản ứng để tổng hợp vật liệu, tái chế dung môi, v.v. ngoài chất làm mát lò phản ứng hạt nhân, loại bỏ có chọn lọc các nguyên tử khỏi vật liệu trong quá trình ăn mòn, tạo thành các lỗ giun 1D dọc theo các khuyết tật 2D, được gọi là ranh giới hạt, trong kim loại. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng muối nóng chảy lấp đầy khoảng trống của các hợp kim kim loại khác nhau theo những cách độc đáo.

    Đồng tác giả đầu tiên Weiyue Zhou, cộng tác viên sau tiến sĩ tại MIT cho biết: “Chỉ sau khi chúng tôi biết muối xâm nhập như thế nào, chúng tôi mới có thể kiểm soát hoặc sử dụng nó một cách có chủ ý. "thị 

    là rất quan trọng cho sự an toàn của nhiều hệ thống kỹ thuật tiên tiến."

    Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã hiểu rõ hơn về cách muối nóng chảy đi qua các kim loại cụ thể—và cách nó thay đổi tùy thuộc vào loại muối và kim loại—họ cho biết họ hy vọng sẽ áp dụng vật lý đó để dự đoán tốt hơn sự hỏng hóc của vật liệu và thiết kế các vật liệu bền hơn.

    Đồng tác giả Mia Jin, trợ lý giáo sư kỹ thuật hạt nhân tại Penn State cho biết: “Bước tiếp theo, chúng tôi muốn hiểu quá trình này phát triển như thế nào theo chức năng của thời gian và cách chúng tôi có thể nắm bắt hiện tượng bằng mô phỏng để giúp hiểu các cơ chế”. . "Một khi mô hình hóa và thử nghiệm có thể song hành với nhau, sẽ hiệu quả hơn nếu học cách tạo ra các vật liệu mới để ngăn chặn hiện tượng này khi không mong muốn và sử dụng nó theo cách khác."

    Zalo
    Hotline