Os pesquisadores simularam computacionalmente a interação entre os elétrons e o sal de cloreto de zinco fundido e descobriram três estados distintos. A descoberta é crucial para a compreensão dos efeitos da radiação nos futuros reatores nucleares movidos a sal. Os insights deste estudo impulsionarão mais pesquisas sobre a reatividade dos sais fundidos sob radiação.

Os cientistas revelaram três estados eletrónicos únicos no sal fundido, uma descoberta crucial para os efeitos da radiação dos futuros reatores nucleares alimentados a sal.

Uma descoberta feita por cientistas que ajuda a esclarecer como o sal fundido em reatores nucleares avançados pode se comportar mostra como os elétrons interagem com os íons no sal fundido para formar três estados com propriedades diferentes. A compreensão desses estados pode ajudar a prever os efeitos da radiação no desempenho do reator movido a sal.

Pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia dos EUA e da Universidade de Iowa simularam computacionalmente a introdução de elétrons em excesso no sal de cloreto de zinco fundido para ver o que aconteceria.

Eles encontraram três cenários possíveis. Num caso, o elétron torna-se parte de um radical molecular contendo dois íons zinco. No outro caso, os elétrons estão localizados em um único íon zinco. No terceiro caso, os elétrons são dispersos, ou difundidos, através de múltiplos íons salinos.

Quando expostos à radiação, os elétrons gerados no cloreto de zinco fundido (ou ZnCl2) podem ser observados em três diferentes estados orbitais moleculares de ocupação única, bem como em um estado mais difuso e disperso. Fonte: Hung H. Nguyen/Universidade de Iowa

Implicações para o projeto futuro de reatores

Como os reatores de sal fundido são um dos projetos de reatores considerados para futuras usinas nucleares, “a grande questão é o que acontece quando o sal fundido é exposto a alta radiação”, disse Vyacheslav Bryantsev, líder do Grupo de Separações Químicas do ORNL, um dos cientistas do estudo e autor do artigo. “O que acontece com o sal usado para transportar o combustível nesses conceitos avançados de reatores?

Claudio Margulis, professor de química da Universidade de Iowa e um dos investigadores e autores do estudo, disse:"É muito importante entender como os elétrons interagem com os sais. Vemos no estudo que em períodos de tempo muito curtos, os elétrons podem promover a formação de dímeros de zinco, monômeros, e também podem se deslocalizar. É concebível que em escalas de tempo mais longas, essas espécies possam interagir ainda mais para formar outras espécies mais complexas. "

Neste estudo, os cientistas queriam compreender como os elétrons emergentes da radiação produzida pelo combustível nuclear ou outras fontes de energia reagiriam com os íons que constituem o sal fundido.

"Este estudo não responde a todas essas questões, mas é o começo para uma análise mais profunda de como os elétrons interagem com os sais", disse Margulis.

Potenciais interações de longo prazo e descobertas publicadas

"Nossos cálculos de dinâmica molecular de primeiros princípios mostram que essas três espécies podem se formar no derretimento em um tempo muito curto, o que levanta a questão: quais outras espécies podem se formar em um período de tempo mais longo. Ainda não temos uma resposta para isso. Uma opção é que os elétrons possam retornar às espécies de onde vieram", disse Magris. ; Por exemplo, um radical cloro pode recuperar um elétron para formar cloreto. Outra possibilidade é que as espécies radicais possam reagir de formas mais complexas, e de particular interesse é que quando radicais suficientes são produzidos pela radiação, estes radicais podem ser aproximados, altura em que podem reagir para formar espécies mais complexas."

Os pesquisadores, juntamente com o estudante de graduação do estado de Iowa, Hung Nguyen, publicaram suas descobertas no Journal of Physical Chemistry B da American Chemical Society em um artigo intitulado "Os sais fundidos em alta temperatura reagem com o excesso de elétrons?" "The Case of ZnCl2" foi selecionado como Editor's Choice Paper da American Chemical Society, uma honra concedida pela American Chemical Society a um artigo de amplo interesse público selecionado entre todos os seus artigos. O jornal também foi escolhido como capa da revista.

A pesquisa faz parte do Centro de Pesquisa de Fronteira Energética de Sais Fundidos em Ambientes Extremos do Departamento de Energia (MSEEEFRC), liderado pelo Laboratório Nacional de Brookhaven. O EFRC é um programa de pesquisa básica financiado pelo Escritório de Ciências Básicas de Energia do Departamento de Energia que reúne equipes criativas multidisciplinares e multiinstitucionais de pesquisadores para resolver os principais desafios científicos mais difíceis na vanguarda da pesquisa em ciências energéticas básicas.

significado mais amplo

"Este estudo é importante porque mostra como o excesso de elétrons produzidos pela radiação em reatores de sal fundido pode ter muitas formas de reatividade. Outros membros da equipe MSEE e eu estamos tentando determinar experimentalmente essas outras formas de reatividade, "disse James Wishart, cientista cultural de Brooksea, diretor do MSEEEFRC.

"Este estudo nos dá algumas dicas sobre como os elétrons interagem com o sal fundido", disse Bryantsev. “Ainda há muitas questões sem resposta. Por exemplo, essa interação é semelhante ao que acontece com outros sais?”

"Continuarei a trabalhar com o professor Margulis, o Dr. Bryantsev e outros membros do projeto MSEE para expandir nossa pesquisa estudando outros sistemas de sal", disse Nguyen, primeiro autor do artigo. "Esperamos poder responder a mais perguntas sobre os efeitos da radiação nos sais fundidos."