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浪江 将成; 斉藤 淳一
Computational Materials Science, 239, p.112963_1 - 112963_7, 2024/04
Atomic interactions at the interface involving iron, iron fluorides (iron (II) fluoride and iron (III) fluoride), and sodium were investigated using first-principles calculations. The wettability with liquid sodium was subsequently examined, focusing on the calculated atomic interactions. From a covalent bonding perspective, iron (II) fluoride exhibited weaker bonds between neighboring atoms in the substrate material than iron (III) fluoride. However, it exhibited relatively strong bonds between the substrate material and sodium atoms. In contrast, iron (III) fluoride had stronger bonds between neighboring atoms in the substrate material, with weaker bonds between the substrate material and sodium atoms. Additionally, in terms of ionic bonding, the contact of the sodium atom with the substrate material increased the charge transfer of the substrate material atom, correlating with the oxidation number of iron. Iron (III) fluoride exhibited the most substantial charge transfer among the substrate materials. The charge transfer from the sodium atom to the atom in contact with it was approximately 2.5 times that of iron. This result underscores the change in electronic states induced by the iron or iron fluoride interface, potentially influencing the wettability between the material surface and liquid sodium.
斉藤 淳一; 浪江 将成*; Kim, J.-H.*; 米沢 晋*
no journal, ,
高速炉の冷却材として液体ナトリウムが利用されている。高速炉の機器には鋼材とナトリウムが濡れてほしい部位と濡れてほしくない部位がある。構造材料と液体ナトリウムの濡れ性を制御することにより、ナトリウム機器、高速炉の安全性向上、効率化向上が期待できる。本研究ではフッ素ガスを用いてステンレスおよびその構成材料である鉄、ニッケル材料表面を直接フッ素化し、各種金属材料の表面自由エネルギーの操作を行うことで、液体ナトリウムの濡れ性の制御を検討した。
浪江 将成; 斉藤 淳一
no journal, ,
次世代原子炉の一つである高速炉は冷却材として液体ナトリウムを使用している。液体ナトリウムの特性で重要である濡れ性を考慮した機器の設計ができれば、高速炉の安全性や運転効率が一層向上する。本研究では液体ナトリウムとの濡れ性制御を目標として、その基盤知見となる金属基板と水の濡れ性を理解するために金属表面と水との電子状態を計算した。界面での基板金属原子とナトリウム原子の間の原子間結合、電荷移行や電子密度の原子間相互作用が基板金属種に依存して変化していることを理解した。
岡 涼太郎*; 浪江 将成; Kim, J.-H.*; 米沢 晋*; 斉藤 淳一
no journal, ,
液体ナトリウムは高速中性子を減速・吸収し難く、液体である温度範囲が広い等の理由から、高速増殖炉の冷却材として利用されている。高速増殖炉の構造材料として、液体ナトリウムの輸送や熱伝達にステンレス鋼が使用されている。液体ナトリウムは反応性の高い物質であるため、輸送配管の材料には高温の液体ナトリウムに対する高い耐食性と耐熱性が求められるほか、熱交換器ならば熱伝導率を高めるために液体ナトリウムに対する濡れ性が高い方が良く、仕切弁や弁部品の残留液体ナトリウムを減らすためには、液体ナトリウムとの濡れ性は低い方が良いなど、同じ構造材料でも部品によって液体ナトリウムとの異なる濡れ性が求められている。本研究では、フッ素ガスを用いてステンレスの構成材料である鉄の材料表面を直接フッ素化し、材料の表面 自由エネルギーの制御を試みながら、液体ナトリウムとの濡れ性の制御について検討した。
浪江 将成; 岡 涼太郎*; Kim, J.-H.*; 米沢 晋*; 斉藤 淳一
no journal, ,
液体Naは核分裂により発生した中性子を減速・吸収しづらい、液体である温度範囲が広い、熱伝導率が高いために効率的に熱輸送が可能である等の理由から、高速炉の冷却材として利用されている。現在、高速炉の主要な構造材料として液体Naに対する耐食性の良いSUS304等の鉄系合金が使用されている。液体Naと接触する材料表面は熱交換器における熱伝達効率の向上や超音波による計測技術の性能向上のための親液的な濡れ性が要求される部位と、配管やバルブ中の液体Naを残留させないための疎液的な濡れ性が要求される部位がある。しかしながら、現状は要求に応える濡れ性(表面状態)にはなっていない。本研究ではフッ素ガスを用いた直接フッ素化により材料の表面自由エネルギーを操作し、材料の液体Naに対する濡れ性を制御することを検討した。フッ素ガスは材料の形状に影響を受けずに材料表面と均一に反応するため、追加処理のみで寸法を変化させること無く表面改質が可能である。
