應用小站 | 使用激光閃射技術對熔鹽進行熱導率測量

背景介紹

熔鹽在300℃以上的高溫下具有穩(wěn)定性，并展現(xiàn)出優(yōu)異的熱性能。這些性能對于需要高效傳熱的應用場景至關重要，例如核裂變反應堆和太陽能發(fā)電廠。特別是FLiNaK熔鹽，它是氟化鋰（LiF）、氟化鈉（NaF）和氟化鉀（KF）的共晶混合物，是一種很有前景的反應堆建造材料，以其高導熱性而著稱。在熔鹽反應堆（一種先進的核反應堆）中，FLiNaK被用作裂變材料的載體介質。這些反應堆利用熔鹽的高熔點和出色的傳熱能力，實現(xiàn)更高效、更安全的核裂變。而確定并優(yōu)化熔鹽的熱導率，是開發(fā)新一代核反應堆（即熔鹽反應堆或液態(tài)鹽反應堆）過程中的關鍵一步。

有多種測定液體熱導率的方法，每種方法都各有利弊。在測量過程中，避免因對流和熱輻射而造成熱量損失至關重要，因為這些因素會帶來顯著的測量誤差，進而得出不準確的結果。例如，在穩(wěn)態(tài)測量方法中，由于測量時需要施加溫度梯度，就會產生對流現(xiàn)象，而且通常較長的測量時間會使這種情況更加嚴重。測定熔鹽熱導率最有前景的方法是激光閃射法，因為它是一種絕對測量方法，所以無需使用參考材料進行校準。此外，由于所需樣品量少且測量時間短，對流效應被降到了低水平。然而，由于激光閃射法主要是為均勻的固態(tài)材料設計的，因此需要構建一種特殊的樣品支架。

如上圖展示了所構建的樣品支架的設計。該支架由石墨制成，因為即使在較高溫度下，石墨也能承受鹽的腐蝕性。支架的底部和頂部以一種特定方式連接，使得在支架中間部分能確定樣品的厚度為一定距離。同時該設計還在側面留出了額外空間，以便材料在較高溫度下能夠膨脹。此外，頂部設有孔洞，以便材料產生的任何氣體能夠逸出。這一點至關重要，因為溶解的氣體可能會形成氣泡，從而導致材料不均勻或與支架接觸不良。