• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

AktueltArtikler fra Dansk KemiEnergi20. 01. 2026 | Heidi Thode

Materialer til konstruktion af små modulære atomreaktorer med smeltet fluorid-salt

AktueltArtikler fra Dansk KemiEnergi20. 01. 2026 | Heidi Thode

FLiBe fra MSR-eksperimentet ved Oak Ridge National Laboratory i fast og flydende form (a). FLiBe-brændsel efter afslutningen af MSR-eksperimentet (b). FLiNaK syntetiseret i vores laboratorium i en molybdænform, hvorfra misfarvningen på overfladen kommer (c-e).

4. generations atomkraftreaktorer, der bruger smeltet salt som brændsel eller kølemiddel, er ved at blive udviklet i Danmark, men hvad kan vi bygge dem af?

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)

Af Xenia Bredahl Gjelsten1, Alfred Ager Bräuner2, Nigel Lucas2, Morten Stendahl Jellesen3, John Hald3 og Thomas Just Sørensen1
1 Kemisk Institut, Københavns Universitet
2 Copenhagen Atomics A/S
3 DTU Construct

Selvom atomkraft ikke overvejes som en energikilde i Danmark, så aftager vi strøm lavet med atomkraft fra vores nabolande, og OECD antager, at vi kun kan nå vores klimamål i 2050, hvis vi får en betydelig andel af vores energi fra atomkraft [1,2]. En måde, det kan opnås, er gennem udviklingen af små modulære reaktorer som dem, der bliver udviklet af Saltfoss Energy og Copenhagen Atomics. Begge er inspireret af et eksperiment med en saltsmelte-atomreaktor (the Molten Salt Reactor Experiment eller bare MSR-eksperimentet), der kørte ved Oak Ridge National Laboratory fra 1965 til 1969 [3]. Det forventes ikke, at der står en saltsmelte-atomreaktor klar før tidligst 2030. Der er klare sikkerheds- og driftsmæssige fordele ved at bruge smeltet salt, men der er også udfordringer ved at bruge reaktive salte ved høje temperaturer. Vi har undersøgt, hvordan smeltet fluoridsalt uden radioaktive grundstoffer påvirker materialer lignende dem, der blev brugt i MSR.

Smeltet saltreaktoreksperimentet på Oak Ridge National Laboratory
Allerede i designfasen til MSR-eksperimentet var der store overvejelser om, hvilke materialer der kunne benyttes til at huse det smeltede salt. Det åbenlyse valg var rent nikkel, men det har ikke tilstrækkelig styrke. Derfor blev en nikkellegering indeholdende primært nikkel, krom, molybdæn og jern, kaldet Hastelloy N udviklet, og reaktoren blev bygget i dette materiale. Atomreaktoren kan ses i figur 1, og elementer af værket er vist i figur 2. Det består af to kredsløb, hvori der flyder smeltet fluorid-salt ved >500°C.
Det første kredsløb – brændselskredsløbet – går mellem reaktoren og varmeveksleren. Det flydende salt indeholdende beriget uran og fissionsprodukter bliver pumpet gennem dette kredsløb.
Det andet kredsløb – kølekredsløbet – går fra varmeveksleren over i en køleflade og tilbage i varmeveksleren. Her er det rent, ikke-radioaktivt salt, der flyder. I et atomkraftværk ville dette kredsløb bruges til at levere varme til for eksempel vand, og derved drive en turbine til at generere strøm.
De sidste elementer i figur 1 er sikkerhedselementerne, som er unikke for en saltsmeltereaktor. I kølekredsløbet sidder en frysefælde, der stopper kølekredsløbet, hvis der sker fejl på reaktoren. Derved bliver alt radioaktivt materiale isoleret inde i afskærmningen, og samtidig stoppes kernereaktionen ved, at alt det flydende brændsel drænes ned i sikkerhedstanke. Denne sikkerhedsmekanisme gør, at der ikke kan undslippe radioaktivt materiale fra en saltsmeltereaktor. Samtidig opereres der under atmosfærisk tryk.
MSR-eksperimentet løb i 19.136 timer, og bagefter blev materialerne undersøgt. Figur 3 viser forskellen på legeringerne i henholdsvis brændselskredsløbet og kølekredsløbet. Altså forskellen på korrosionen i materialerne i atomkraftværket alt efter om de har været udsat for radioaktivitet eller ej. Begge billeder er tværsnit, og det fremgår tydeligt, at overfladen bliver ødelagt af stråling og fissionsprodukter, mens billederne viser sammenlignelig afkromning langs korngrænserne medførende øget risiko for revnedannelse.
Brændslet i MSR-eksperimentet var primært en blanding af lithium-, beryllium- og uranfluorid (Li+, Be2+, U3+/U4+ og F–). Dette salt kaldes for FLiBe, hvilket er helt omvendt af, hvordan IUPAC-navngivningen af materialet er, men det er mundret. I figur 4a kan FLiBe fra MSR-eksperimentet ses. Det var et mørkt fast stof, der blev til en klar væske, når det blev varmet op over cirka 500°C. I figur 4b kan brændslet ses, efter at det har været brugt til MSR-eksperimentet. Vi kan i Danmark ikke arbejde med radioaktive brændsler, og da beryllium er giftigt, har vi valgt at studere materialer udsat for et andet fluorid-salt, nemlig det der i branchen hedder FLiNaK. Det er en eutektisk blanding af lithium-, natrium- og kaliumfluorid (Li+, Na+, K+ og F–), der smelter ved 462°C [4]. I dag har vi nogle helt andre metoder til rådighed, end da MSR-eksperimentet kørte, så vi har kigget nærmere på, hvordan Hastelloy C-22 dekomponerer i flydende FLiNaK salt ved 700°C. Ved at køre eksperimenterne ved den højere temperatur går de kemiske reaktioner hurtigere, så vi ikke behøver at vente i 800 dage for at se en effekt – vi har kun ventet i 40 dage.

Korrosion af Hastelloy i FLiNaK
Hastelloy N kan ikke nemt erhverves i Danmark, så derfor har vi undersøgt Hastelloy C-22 og rent nikkel, Ni-201. Sammensætningen af materialerne samt det rustfrie stål AISI 316L, som vores digler er lavet af, er angivet i tabel 1. MSR-eksperimentet kørte i en argon-atmosfære, derfor gjorde vi det samme. Vi har her arbejdet med renset FLiNaK-salt, doneret af Copenhagen Atomics. Saltet indeholder tilførte urenheder opnået ved, at saltet tørres i en beholder af rustfrit stål. Forsøget udføres ved at nedsænke kuponer af de udvalgte metaller (Hastelloy C-22 og Ni-201) i digler lavet af rustfrit stål (AISI 316L). Diglerne fyldes med fast salt, og varmes derefter i en beskyttet atmosfære til 700oC i en muffelovn. I det eksperiment vi gennemgår her, blev kuponerne eksponeret i FLiNaK i 1000 timer, før de blev taget op, renset og undersøgt med optisk mikroskopi og elektronmikroskopi. Kuponernes overflade blev undersøgt, og de blev skåret over, således at deres tværsnit kunne studeres.
Figur 5 viser de ændringer, der sker i legeringerne, når de varmes op i smeltet salt. Ændringerne er umiddelbart ikke så drastiske som under MSR-eksperimentet. Vi ser en klar ændring af morfologien, men ikke de tydelige korngrænseangreb, der blev set i Hastelloy N. En umiddelbar forklaring er, at det salt vi har arbejdet med, til trods for den bevidste kontaminering med jern, er markant renere end det sorte salt, der blev brugt til MSR-eksperimentet. Det er velkendt, at korrosion øges af urenheder i systemet.
Ved at skære kuponerne over kan vi sammenligne direkte med resultaterne fra MSR-eksperimentet. Det er gjort i figur 6, og her ser vi også markant mindre korrosion i SEM-billederne, end de gjorde i figur 3. I dag kan vi lave Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), der lader os se grundstofsammensætningen i SEM-billeder. Således kan vi se ændringerne i sammensætningen af kuponerne, der ikke fremgår direkte i morfologien. De reaktioner, vi observerer, er, at krom trækkes ud af legeringen, og at jern ophobes i nikkellegeringerne. Fraværet af krom er det, som relateres til korngrænseangrebene i figur 3. I figur 6c ser vi skader og huller i kuponen i det område, hvor der ikke er mere krom tilbage. Dette er forventeligt og en kendt korrosionsproces. Jernet havde vi ikke regnet med at se akkumulere. Det kommer fra de rustfrie ståldigler, og er et fremragende eksempel på den kemi, der driver korrosion. Nemlig at hele systemet går mod et termodynamisk minimum.

Kemien i det smeltede salt
Det er almindeligt kendt, at der kan ske galvanisk korrosion, når to forskellige metaller er i kontakt. Mængden af ioner, der går i opløsning ved reaktion med vand, ilt og syre fra det uædle metal, for eksempel jern, accelereres af elektrisk kobling til kobber, hvor reduktionsreaktionen finder sted og derved tæres jern hurtigt væk. Galvanisk korrosion sker, når der er en elektrisk kontakt mellem de to metaller, og der kan gå en strøm. I det smeltede salt, hvis der er elektrisk kontakt mellem rustfrit stål og nikkellegeringerne, kan der ske følgende reaktioner ved anoden og katoden:
I alt vil der ske følgende totalreaktion i den galvaniske celle:
Denne reaktion er helt ækvivalent til de batterier, der regnes på i den almene kemi. I dette tilfælde er saltbroen erstattet med en fælles opløsning, saltsmelten, indeholdende en urenhed af jern(III) ioner. Det må forventes, at den ion, der findes i opløsningen, er hexafluoroferrat. Da jern er redoxaktivt, er den elektriske kontakt ikke nødvendig. For er hexafluoroferrit stabil i opløsning, kan tre af disse disproportionere på nikkel-overfladen og danne to hexafluoroferrat ioner og et jern(0)atom, der inkorporeres i nikkellegeringen. Der sker denne reaktion:
Slutresultatet af de to processer er det samme, men hastigheden, hvormed korrosionen sker, er vidt forskellig. Den galvaniske reaktion afhænger af diffusionen fra anode til katode. Den redoxdrevne reaktion afhænger primært af totalkoncentrationen af hexafluorferrit i det smeltede salt. Den redoxdrevne reaktion kan også drives af andre redoxaktive urenheder i saltet. Det kan den galvaniske korrosion ikke.

Konklusion
Vi har undersøgt korrosionen af Ni-201 og Hastelloy C-22 i smeltet FLiNaK ved 700°C under argon-atmosfære efter 1000 timers eksponering. Vi observerede tab af krom og tilgang af jern i korrosionsprodukter dannet på overfladen for Hastelloy C-22. Begge processer er kendte. Vi ser markant mindre korrosion i materialet, end de så på Oak Ridge National Laboratory i materialerne efter MSR-eksperimentet. Dette studie tyder på, at urenheder i saltet accelererer korrosionen, samt at massetransport vil have en effekt på korrosionsraten. At finde det bedste materiale til konstruktion kræver fortsat videre undersøgelse. Denne afsøgning kan gå i mange retninger. Et forslag til det næste skridt er at tilføre saltet bestemte urenheder, samt undersøge effekten af flow og hermed komme tættere på det virkelige scenarie i en saltsmeltereaktor.

E-mail:
Thomas Just Sørensen: tjs@chem.ku.dk

Referencer
1. Agency, N.E. The NEA Small Modular Reactor Dashboard; 2023.
2. Agency, N.E. The NEA Small Modular Reactor Dashboard, 2nd edition; 2024.
3. Report for the US Department of Energy, Office of Nuclear Energy Workshop. In Molten Salt Chemistry Workshop, Oak Ridge National Laboratory, 2017; Britt, D.F.W.P.F., Ed.
4. Rogers, D.J.; Yoko, T.; Janz, G.J. Fusion properties and heat capacities of the eutectic lithium fluoride-sodium fluoride-potassium fluoride melt. Journal of Chemical & Engineering Data 1982, 27 (3), 366-367. DOI: 10.1021/je00029a041.
5. Falconer, C.; Doniger, W.H.; Bailly-Salins, L.; Buxton, E.; Elbakhshwan, M.; Sridharan, K.; Couet, A. Non-galvanic mass transport in molten fluoride salt isothermal corrosion cells. Corrosion Science 2020, 177, 108955. DOI: doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108955.
6. Falconer, C.; Elbakhshwan, M.; Doniger, W.; Weinstein, M.; Sridharan, K.; Couet, A. Activity gradient driven mass transport in molten fluoride salt medium. npj Materials Degradation 2022, 6 (1), 29. DOI: 10.1038/s41529-022-00239-z.

Skrevet i: Aktuelt, Artikler fra Dansk Kemi, Energi

Seneste nyt fra redaktionen

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

BranchenytMedicinalkemiOrganisk kemiTop12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi07. 10. 2026

Ved at udnytte at reaktionen mellem formaldehyd og d-Biotin (et vitamin, og et naturligt forekommende N,N'-dialkylurinstof) er reversibel, kan oligomeriseringsreaktionen guides ved at tilsætte en templat. I dette bidrag forklarer jeg, hvordan dette er blevet udnyttet til at syntetisere makrocykler,

“I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

I dybden med kemi af Lone Brun Jakobsen og Klædt på til skriftlig kemi af Lone Brun Jakobsen m.fl. Begge udgivelser på Nucleus Forlag ApS, 2026, 1. udgave, 1. oplag. Boganmeldelsen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder (læs

Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

Analytisk kemiArtikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Hvordan kan nogle af jordskorpens mest almindelige metaller omdanne lys til kemisk energi, og hvilke udfordringer skal løses, før de kan erstatte ruthenium og iridium i fremtidens lysdrevne teknologier? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer

Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Kvantekemi gav os evnen til at forstå kemiske processer på atomart niveau. AI gør det nu muligt at anvende denne forståelse på realistiske og komplekse systemer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Reduktion af energiomkostninger og forlængelse af vakuumpumpens levetid i fødevarepakning

  • Holm & Halby

    VidensDag’26 hos Holm & Halby

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Tilbud på GreenTips pipettespidser fra nerbe plus

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Forudkonfigurerede R&D-pakker fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions til forenklet opsætning af undersøgelser

  • DENIOS ApS

    Hvilke risici skal du være opmærksom på ved tekniske gasser?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    De 10 mest almindelige fejl ved brug af turbomolekylære vakuumpumper, og hvordan man undgår dem.

  • Holm & Halby

    Haier Biomedical går ind på markedet for rysteinkubatorer

  • Holm & Halby

    Ny generation af -86 °C frysere halverer næsten energiforbruget

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

  • Ny erfaren institutdirektør på DTU Kemi

    06.10.2026

  • 30 års overvågning viser, at antibiotikaresistens kan presses tilbage

    05.10.2026

  • Spiseolier – de onde, de gode og den virkelig gode

    29.09.2026

  • Gekkoen kan hele sit hjerte uden arvæv

    29.09.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}