液态锂中氦的成核
其他凝聚态物理
2021-07-21 v1
摘要
聚变能作为未来脱碳能源系统的一种有前景的替代方案脱颖而出。为了实现可持续性,未来的聚变核反应堆将必须自行生产氚。在反应堆所谓的包层中,锂的中子轰击将产生所需的氚,同时也会产生氦,由于氦在液态金属中的溶解度极低,这可能引发成核机制。理解潜在的微观过程对于提高聚变能量转换过程的效率、可持续性和可靠性十分重要。在某些设计中用作包层材料的液态金属内氦液滴或气泡的自发产生,可能是包层性能的一个严重问题。这一现象尚待充分研究和理解。本工作旨在为锂和氦混合物在实验对应的操作条件(843 K,压力介于 0.1 和 7 GPa 之间)下的行为提供一些见解。我们报道了锂-氦混合物的热力学、结构和动力学性质的微观研究,作为模拟核聚变电厂环境的第一步。我们引入了一个微观模型,用以描述在所考虑的热力学范围内氦液滴的形成。观察到当压力升高超过 0.175 GPa 时,从可混溶的均匀混合物转变为相分离混合物,其中氦液滴成核。锂的扩散系数(2 Ų/ps)与参考实验数据极为吻合,而氦的扩散系数在 1 Ų/ps 范围内并随压力升高趋于减小。已发现氦液滴的半径在 1 到 2 Å 之间。
引用
@article{arxiv.2107.09017,
title = {Nucleation of helium in liquid lithium},
author = {J. Martí and F. Mazzanti and G. E. Astrakharchik and L. Batet and L. Portos-Amill and B. Pedreño},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.09017},
year = {2021}
}