Experimental study on mitigation of MHD pressure drop by electrical insulating oxide layer having self-maintainability

自维持性电绝缘氧化层缓解MHD压降的实验研究

• 批准号: 21H01060
• 负责人: 近藤 正聡
• 金额: $ 7.82万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01060/
• 关键词: 核融合炉; 液体ブランケット; MHD圧力損失; 保護性酸化被膜; FeCrAl合金; MHD; 絶縁性被覆; 酸化被膜; 液体金属; MHD流れ; 共存性; スクラッチ試験; 導電率; Al含有鋼

本研究の目的は、液体金属と化学的に共存するAl系酸化被膜を自己形成するFeCrAl合金を応用する事により磁場下のMHD圧力損失の課題を解決する事である。2021年度は、Kanthal(カンタル社)製のAPMT合金(Fe-22Cr-5Al-3Mo)や2種類のFeCrAlZr-ODS合金(Fe-12Cr-6Al-Zr-0.49Y2O3-0.24Ex.O、Fe-15Cr-6Al-Zr-0.47Y2O3-0.22Ex.O)、積層造形型FeCrAlNi合金(Fe-18Cr-12Ni-5Al-2Mo)を対象に、(1) Al系酸化被膜の形成制御試験、(2) 液体金属下での化学的安定性試験、(3) 液体金属浸漬前後の被膜付着強度評価、(4) Al系酸化被膜の高温時導電率評価、(5) Al系酸化被膜によるMHD圧力損失抑制数値シミュレーション、について研究を実施した。(1)では、大気環境下における酸化挙動は酸化時間よりも温度により大きく影響を受ける事が分かり、1000 ℃以上で厚さ1 μm程度の緻密な組織のα-Al2O3被膜を安定して得られる事がわかった。(2)では、液体増殖材である液体リチウム鉛合金(LiPb)や液体ダイバータの冷却材である液体錫(Sn)を用いた腐食試験において、材料共存性を大きく改善する事がわかった。特に、900 ℃のLiPb中においても共存性改善機能を発揮する事がわかった。 (3)では、核融合科学研究のスクラッチ試験装置を用いて液体金属浸漬前後の被膜付着強度を評価する事に成功した。 (4)において、核融合科学研究所の酸化被膜電気伝導計測装置を用いてα-Al2O3被膜の導電率を計測したところ、1000 Kにおいて約1x10-7 S/mという高抵抗率を有している事がわかり、(5)においてMHD圧力損失抑制における十分な電流遮断能力がある事を数値解析により明らかにした。

本研究的目的是通过应用FeCrAl合金来解决磁场下MHD压降的问题，该合金可自形成与液态金属化学共存的Al基氧化膜。 2021年，我们将推出Kanthal的APMT合金（Fe-22Cr-5Al-3Mo）和两种类型的FeCrAlZr-ODS合金（Fe-12Cr-6Al-Zr-0.49Y2O）。 (1)用于增材制造的FeCrAlNi合金(Fe-18Cr-12Ni-5Al-2Mo)铝基氧化膜的形成控制测试，（2）液态金属下的化学稳定性测试，（3）液态金属浸泡前后的膜附着强度评估，（4）铝基氧化膜的高温导电率评估， (5)开展了利用Al基氧化膜抑制MHD压力损失的数值模拟研究。在(1)中发现，大气环境中的氧化行为受温度的影响大于氧化时间的影响，在50℃下可以稳定地获得厚度约为1μm的致密结构的α-Al2O3薄膜。温度超过 1000°C 我知道发生了什么。在(2)中，发现在使用作为液体增殖材料的液体锂铅合金(LiPb)和作为液体分流器的冷却剂的液体锡(Sn)的腐蚀测试中，材料共存性得到极大改善。特别是，发现即使在900℃的LiPb中也显示出共存改善功能。在（3）中，我们使用用于融合科学研究的划痕测试装置成功地评估了薄膜在浸入液态金属之前和之后的粘附强度。在(4)中，我们使用国立核聚变科学研究所的氧化膜电导率测量装置测量了α-Al2O3薄膜的电导率，发现其在1000℃时具有约1x10-7 S/m的高电阻率。 K.数值分析表明(5)具有足够的电流中断能力来抑制MHD压力损失。

项目成果

液体ブランケット異材接合部の増殖/冷却材との共存性研究

液层异种金属接头的生长/与冷却剂的共存研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 近藤正聡;長坂琢也;宮川幸大;畑山奨
• 通讯作者: 畑山奨

[3L01] 原型炉用液体テストブランケットモジュールの検討 (1)LiPb自己冷却モジュール設計検討

[3L01]DEMO反应堆液体测试毯模块研究（1）LiPb自冷模块设计研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中 照也;近藤 正聡;染谷 洋二;江原 真司;横峯 健彦;片山 一成;笠田 竜太;日渡 良爾;坂本 宜照;野澤 貴史
• 通讯作者: 野澤 貴史

Corrosion behaviors of various steels and nickel-based alloys in liquid Sn media

各种钢和镍基合金在液态Sn介质中的腐蚀行为

• DOI: 10.1016/j.nme.2022.101154
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nuclear Materials and Energy
• 影响因子: 2.6
• 作者: Yukihiro Miyakawa;Masatoshi Kondo
• 通讯作者: Masatoshi Kondo

Dense-film preparation of zirconium oxide by self-oxidation in air

空气中自氧化制备致密膜氧化锆

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112793
• 发表时间: 2021
• 期刊: Fusion Engineering and Design
• 影响因子: 1.7
• 作者: Rio Takemura;Kiyoto Shin-mura;Kazuya Sasaki;Eiki Niwa;Masatoshi Kondo
• 通讯作者: Masatoshi Kondo

[1L06] 核融合炉内液体金属機器におけるFeCrAl合金の適用性検討 （3）液体ダイバータにおけるFeCrAl合金の効果について

[1L06]FeCrAl合金在聚变反应堆液态金属设备中的适用性研究（3）FeCrAl合金在液体分流器中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮川 幸大;近藤 正聡;田中 照也;大野 直子
• 通讯作者: 大野 直子