金属ナノ粒子を分散させた液体ナトリウムに関する研究

Investigation of Liquid Sodium Containing Suspended Metallic Nanoparticles

大平 博昭; 荒 邦章 

Ohira, Hiroaki; Ara, Kuniaki

ナノ粒子のナトリウムへの分散特性を把握するとともに、ナノ粒子を分散させたナトリウム(ナノ流体)の水との反応抑制効果を確認することを目的として、粒子製造方法や粒子を構成する金属の種類を変えて分散・調製試験及び水との反応試験を行った。試験の結果、次の事柄が明らかとなった。 (1)ナノ流体の分散・調製時に、蒸気から高輝度のナトリウムD線の発光が測定されるとともに、蒸気にナノ粒子を構成する金属が検出された。このことにより、比較的小さな径の粒子はナトリウムを結合することによりクラスターを形成し、ナトリウム中に安定に分散することがわかった。 (2)フラッシュ蒸発法により製造したナノ粒子は、酸化層が非常に薄くかつ粒径を比較的小さくすることが可能であることがわかった。また本手法を改良することにより、10nm以下の均一粒径分布に近いナノ粒子が製造できる見通しが得られた。 (3)ナノ流体と水との反応試験から、温度変化については純粋ナトリウムと同程度であったものの、圧力変化についてはその上昇勾配が純粋ナトリウムより小さい傾向にあることがわかった。したがって、安定分散が可能な小粒径のナノ粒子を用いて、さらに反応抑制効果を確認する必要がある。 以上の知見を踏まえ、今後均一粒径分布を有する小粒径のナノ粒子を用いた反応試験を実施し、ナノ流体と水や酸素との反応抑制機能を明らかにする予定である。

In order to investigate the dispersion behavior of metallic nano-particles into liquid sodium and to evaluate the chemical reactivity with water, the dispersion experiments and the water-sodium reaction experiments were carried out by changing the production method of the metallic particles and the metal elements. The following results were obtained from these experiments:1) Sodium D lines were observed from all the nano-fluid vapor and the metals of the nano-particles were detected in the vapor. From these results, it was estimated that the small-sized nano-particles combined with sodium atoms to form complexes and dispersed stably in the sodium.2) The oxide surface layers of the metallic nano-particles produced by condensing the vapor were observed to be negligibly thin compared with the particles produced by a chemical synthesis technique. It was also estimated that the smaller and the uniform sized particles were also produced by advansing the condensing technique.3) Although the temperature changes by the water-nanofluid reactions were in the same levels with those by the water-sodium reactions, the pressure gradients by the water-nanofluid reactions showed smaller values than those by the water-sodium reactions: These results indicated the possibility to reduce the chemical reactivity of the nano-fluids.From above results, we are going to evaluate the chemical reaction by applying the smaller-sized nano-particles in the next experiments.