화학자들은 용융염의 비밀을 풀다

화학자들은 용융염의 비밀을 풀다 과학자들은 태양열 및 원자력 에너지에 사용되는 용융염의 열역학적 특성을 발견합니다. 날짜: 2022년 7월 22일 원천: 신시내티 대학교 요약: 연구원들은 많은 원자력 및 태양 에너지 응용 분야에 사용되는 용융 염의 열역학적 특성을 연구하는 새로운 방법을 고안했습니다. 신시내티 대학의 화학자는 많은 원자력 및 태양 에너지 응용 분야에 사용되는 용융염의 열역학적 특성을 연구하는 새로운 방법을 고안했습니다. UC 예술 과학 대학의 연구원이자 전산 화학자인 Yu Shi와 그의 동료들은 딥 러닝 인공 지능을 사용하여 자유 에너지를 계산하는 새로운 시뮬레이션 방법을 개발했습니다. 녹은 소금은 고온으로 가열되어 액체가 되는 소금입니다. UC 연구자들은 일반적으로 식염으로 알려진 염화나트륨을 연구했습니다. Shi는 용융염이 원자력 발전소의 냉각 시스템에 유용한 매체가 되는 특성을 가지고 있다고 말했습니다. 태양열 타워에서는 열을 전달하거나 에너지를 저장하는 데 사용할 수 있습니다. 역설적으로 소금은 절연체이지만 녹은 소금은 전기를 전도합니다. "녹은 염은 고온에서 안정하고 액체 상태에서 많은 에너지를 보유할 수 있습니다."라고 Shi가 말했습니다. "그들은 좋은 열역학적 특성을 가지고 있습니다. 따라서 집중형 태양열 발전소를 위한 좋은 에너지 저장 재료가 됩니다. 그리고 원자로의 냉각제로 사용될 수 있습니다." Royal Society of Chemistry 저널 Chemical Science 에 게재된 이 연구는 연구원들이 차세대 원자로에서 발견되는 것과 같은 금속 용기에서 이러한 염이 유발할 수 있는 부식을 조사하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 연구는 녹은 염에서 용해된 가스를 증기로 변환하는 연구에 대한 신뢰할 수 있는 접근 방식을 제공하여 엔지니어가 다양한 불순물과 용질(용액에 용해된 물질)이 부식에 미치는 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다. Shi는 또한 연구원들이 잠재적으로 유독한 가스가 대기로 방출되는 것을 연구하는 데 도움이 될 것이며 이는 4세대 용융염 원자로에 매우 유용할 것이라고 말했습니다. "우리는 준화학 이론과 양자 시뮬레이션으로 생성된 데이터를 사용하여 훈련한 심층 신경망을 사용하여 화학적 정확도로 용융염의 용매화 열역학을 모델링했습니다."라고 Shi가 말했습니다. 연구 공동 저자인 Thomas Beck은 UC 화학과의 전 책임자였으며 현재 테네시의 Oak Ridge 국립 연구소에서 과학 참여 부문 책임자로 일하고 있습니다. Beck은 용융염은 고온에서 극한의 압력을 생성할 수 있는 물과 달리 가열될 때 팽창하지 않는다고 말했습니다. "원자로 내부의 압력이 많이 올라갑니다. 이것이 원자로 설계의 어려움입니다. 이는 더 많은 위험과 더 높은 비용으로 이어집니다."라고 그는 말했습니다. 연구원들은 시뮬레이션을 실행하기 위해 UC의 Advanced Research Computing Center와 Ohio Supercomputer Center로 눈을 돌렸습니다. Beck은 "Oak Ridge에는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 있으므로 실험에 소요되는 시간이 줄어들 것입니다."라고 말했습니다. "그러나 일반적인 슈퍼컴퓨터에서는 이러한 양자 시뮬레이션을 실행하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있습니다." 연구팀에는 매사추세츠 로웰 대학의 스티븐 램(Stephen Lam)도 포함됐다. "이러한 염의 정확한 모델을 갖는 것이 중요합니다. 우리는 액체에서 고온에서 염화나트륨의 자유 에너지를 계산하고 이를 이전 실험과 비교한 첫 번째 그룹이었습니다."라고 Beck은 말했습니다. "그래서 우리는 그것이 유용한 기술임을 증명했습니다." 2020년 Shi와 Beck은 PNAS 저널에 발표된 연구에서 물 속 나트륨 이온의 준화학적 이론과 양자 역학 시뮬레이션을 사용하여 단일 이온 수화에 대한 자유 에너지 규모를 설정했습니다. 이것은 양자 역학을 사용하여 대전된 용질에 대한 최초의 용매화 자유 에너지 계산이라고 Shi는 말했습니다. Beck은 용융염이 새로운 에너지원, 심지어 언젠가는 융합 에너지를 개발하는 데 중요할 것이라고 말했습니다. "그들은 고온 원자로의 코팅 냉각제로 용융염을 사용할 것을 제안하고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "그러나 융합은 더 멀리 떨어져 있습니다."