Study on chemical reactivity control of sodium by suspended nanoparticles, 2

分散ナノ粒子によるナトリウムの化学的活性度抑制に関する研究,2

荒 邦章 ; 杉山 憲一郎*; 北川 宏*; 永井 正彦*; 吉岡 直樹*

Ara, Kuniaki; Sugiyama, Kenichiro*; Kitagawa, Hiroshi*; Nagai, Masahiko*; Yoshioka, Naoki*

ナノ粒子とナトリウムの原子間相互作用を利用したナトリウムの化学的活性度抑制に関する研究を行っている。これまでの研究から、ナノ粒子とナトリウムの原子間相互作用が増大し、基礎物性が変化し、反応抑制の可能性が見いだされた。本報では、反応熱量と反応速度を測定し、反応低減を確認した。さらに、反応挙動の観察から、反応抑制メカニズムを明らかにした。反応抑制効果のプラントで起こる現象への効果を推定、実験により検証した。また、ナノ粒子分散ナトリウムの冷却材としての適用性を検討した。その結果、反応熱量と反応速度が低減しており、ナノ粒子分散による反応抑制が確認された。反応現象の観察及び分析より、ナノ粒子分散ナトリウムとナトリウムの反応挙動の違いは、気相反応にあることがわかり、反応抑制メカニズムの要因は、蒸発速度の低下であることがわかった。ナトリウム-水反応と燃焼反応への反応低減の影響を推定した。燃焼温度の低下、燃焼の停止が観察され、プラントへの効果が試験により確認された。冷却材としての適用性は大きな課題はないことが明らかになった。

A study was conducted on the control of the chemical reactivity of sodium utilizing the atomic interaction between sodium and nanoparticles. The authors reported in a previous paper that the atomic interaction between sodium and nanoparticles increases and has the potential to suppress chemical reactivity. In this paper, the authors examined the released reaction heat and the reaction behavior. As a result, it was confirmed that the released reaction heat and the reaction rate decreased. From the results of experimental studies, it is clear that the suppressions of chemical reactivity are caused by a change in the sodium evaporation rate and fundamental physical properties such as surface tension which originate in the change in the atomic interaction between sodium and nanoparticle atoms. The suppression of chemical reactivity applying to FBR coolant was estimated for the case of sodium combustion and sodium-water reaction. It was confirmed that the concept of suspending nanoparticles into sodium has high potential for the suppression of chemical reactivity. Applicability as coolant to the FBR was investigated, including not only the chemical reaction properties but also the aspects of heat transfer and operation.