激光闪射法测定高温氟化物熔盐的导热系数

引言

       熔盐反应堆被认为是Z有希望的下一代核电站项目之一，近年来人们对熔盐反应堆的兴趣又重新燃起。反应堆核心产生的热量通过熔盐转移到工业上。以热能的形式存储和传输媒体应用于熔盐反应堆熔盐必须满足一些要求，如中子俘获截面低、化学稳定性高温、强烈的辐射、低熔点温度和高沸点温度、大比热容和热导率、低粘度和蒸汽压力等。熔融氟化物可以满足上述要求，自20世纪50年代以来已在飞机反应器实验和熔盐反应器实验中得到应用。近年来，随着对清洁、可持续能源需求的不断增加，熔盐反应器越来越受到人们的重视。因此，氟化物熔融盐在高温下的热物理性能与传热性能密切相关，对于反应堆堆芯结构的工程设计以及利用这些熔盐的传热和储存系统具有重要意义。

成果介绍 

       Peng Zhang等人首次采用激光闪射技术测定了高温液态氟盐的导热系数。设计了一种特殊的石墨坩埚，用于排除溶解气体，防止熔盐溢出，同时采用特殊的处理工艺制备均匀试样。。该组合模型对数据分析是可行的。用蒸馏水和纯KNO3熔盐对坩埚结构、试样制备、数据分析等激光闪射方法的可靠性进行了验证。此外，在773-973 K的温度范围内，氦气气氛下，使用LINSEIS的热扩散/热导测量仪LFA 1000进行测定，46.5 mol% LiF - 11.5 mol% NaF - 42 mol%KF （FLiNaK）熔融盐的热扩散系数为1.64*10^-3 - 2.48*10^-3 cm²/s。采用差示扫描量热法确定比热容为1.88 ± 0.08 J/g K，在773-973 K温度范围内计算得到FLiNaK熔盐的导热系数为0.652-0.927 W/m K，误差± 0.023 W/m K。

图文案例

1、测量热扩散系数的坩埚示意图

2、LFA装置原理图

3、制备的FLiNaK熔盐样品的图像（1. FLiNaK熔盐；2. 石墨坩埚）

4、FLiNaK熔盐的有效比热容

5、FLiNaK熔盐的的有效导热系数

结论

       本文首次为激光闪射技术研制了一种专用坩埚，用于测量熔融氟盐在高温下的热扩散率。首先对蒸馏水和纯KNO₃熔盐进行了测试，验证了坩埚结构和试样制备方法的可靠性，结果表明该组合模型对数据分析是可行的。在773-973 K的温度范围内，FLiNaK熔盐的热扩散系数为1.64*10^-3 - 2.48*10^-3 cm²/s。采用差示扫描量热法测定800-973 K温度范围内的比热容为1.88 ± 0.08 J/g K。773 ~ 973 K温度范围内计算得出FLiNaK熔盐的导热系数为0.652-0.927 W/m K，误差为± 0.023 W/m K，与文献中广泛接受的数值吻合较好。