应用小站 | 使用激光闪射技术对熔盐进行热导率测量

背景介绍

熔盐在300℃以上的高温下具有稳定性，并展现出卓越的热性能。这些性能对于需要高效传热的应用场景至关重要，例如核裂变反应堆和太阳能发电厂。特别是FLiNaK熔盐，它是氟化锂（LiF）、氟化钠（NaF）和氟化钾（KF）的共晶混合物，是一种很有前景的反应堆建造材料，以其高导热性而著称。在熔盐反应堆（一种先进的核反应堆）中，FLiNaK被用作裂变材料的载体介质。这些反应堆利用熔盐的高熔点和出色的传热能力，实现更高效、更安全的核裂变。而确定并优化熔盐的热导率，是开发新一代核反应堆（即熔盐反应堆或液态盐反应堆）过程中的关键一步。

有多种测定液体热导率的方法，每种方法都各有利弊。在测量过程中，避免因对流和热辐射而造成热量损失至关重要，因为这些因素会带来显著的测量误差，进而得出不准确的结果。例如，在稳态测量方法中，由于测量时需要施加温度梯度，就会产生对流现象，而且通常较长的测量时间会使这种情况更加严重。测定熔盐热导率最有前景的方法是激光闪射法，因为它是一种绝对测量方法，所以无需使用参考材料进行校准。此外，由于所需样品量少且测量时间短，对流效应被降到了最低。然而，由于激光闪射法主要是为均匀的固态材料设计的，因此需要构建一种特殊的样品支架。

如下图展示了所构建的样品支架的设计。该支架由石墨制成，因为即使在较高温度下，石墨也能承受盐的腐蚀性。支架的底部和顶部以一种特定方式连接，使得在支架中间部分能确定样品的厚度为一定距离。同时该设计还在侧面留出了额外空间，以便材料在较高温度下能够膨胀。此外，顶部设有孔洞，以便材料产生的任何气体能够逸出。这一点至关重要，因为溶解的气体可能会形成气泡，从而导致材料不均匀或与支架接触不良。