在康寧AFR反應(yīng)器中，氧化鐵（磁鐵礦Fe3O4或磁鐵礦γ-Fe2O3）在室溫下將堿水溶液添加到亞鐵鹽和鐵鹽混合物中形成。在反應(yīng)器中，由于鐵還原加速而形成黃棕色沉淀物，得到膠體氧化鐵納米顆粒如圖所示。
在AFR反應(yīng)器中合成氧化鐵納米顆粒的實(shí)驗(yàn)條件Fe(NO?)?·9H?O和NaOH溶液的流速在20-60ml/h。對(duì)于所有實(shí)驗(yàn)，還原劑與前體的摩爾比保持恒定為1:1。
不同流速下氧化鐵納米顆粒的粒度分布（PSD）
實(shí)驗(yàn)顯示了在AFR反應(yīng)器中不同流速所對(duì)應(yīng)的結(jié)果：
在CTAB表面活性劑存在下獲得的λ最大值在480和490nm之間；
AFR中的心形設(shè)計(jì)使混合更佳；
氧化鐵NP的平均粒徑通常隨著流速的增加而減小，在50ml/h的流速下獲得最小粒徑。在60和50ml/h的較高流速下，分別觀察到窄PSD超過(guò)6.77−29.39nm和3.76−18.92nm；
另一方面，在20ml/h的較低流速下，在10.1−43.82nm。從圖所示的數(shù)據(jù)也可以確定，由于納米粒子的引發(fā)和成核在50ml/h下比在60ml/h時(shí)發(fā)生得更快。因?yàn)轭w粒大小取決于納米粒子在反應(yīng)器中的成核過(guò)程和停留時(shí)間，這也通過(guò)圖所示的TEM圖像得到證實(shí)，圖顯示制備的顆粒大小在2~8nm；
50 ml/h的微反應(yīng)器中合成的氧化鐵納米顆粒的透射電子顯微鏡圖像
使用CTAB作為表面活性劑在AFR中合成的氧化鐵NP的TEM圖像
所示數(shù)據(jù)−對(duì)于表1中報(bào)告的PSD和平均粒徑，可以確定粒徑隨著進(jìn)料流速的增加而減小，這歸因于較低的停留時(shí)間。在反應(yīng)器中的較大停留時(shí)間（較低流速）為顆粒的團(tuán)聚和晶體生長(zhǎng)提供了更多的時(shí)間，從而獲取更大的顆粒尺寸。圖4A、B所示的TEM圖像也證實(shí)。
LFR反應(yīng)器是一種新型的核反應(yīng)器，它采用液態(tài)氟化物作為燃料和冷卻劑，不僅能夠大大提高反應(yīng)器的效率，還能夠有效地解決傳統(tǒng)核反應(yīng)器中的安全隱患，因此備受研究者的青睞。
該反應(yīng)器的核心部件是由一螺旋型燃料管組成的反應(yīng)堆芯，燃料管內(nèi)部充滿了含有鈾和釷的液態(tài)氟化物，而冷卻劑則是流經(jīng)這些燃料管的液態(tài)氟化鈉。與傳統(tǒng)的水冷堆相比，它具有更高的燃料利用率、更高的熱效率和更好的安全性能。
設(shè)備采用液態(tài)氟化物作為燃料和冷卻劑，能夠有效地解決傳統(tǒng)核反應(yīng)器中的安全隱患。液態(tài)氟化物具有較高的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)，能夠在大氣壓下保持液態(tài)，并且在高溫下具有較好的導(dǎo)熱性能。反應(yīng)堆芯中的液態(tài)氟化物能夠保持穩(wěn)定的溫度和壓力，從而避免了反應(yīng)堆爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。此外，LFR反應(yīng)器中的燃料管采用了曲線形設(shè)計(jì)，能夠有效地減緩核燃料的衰變熱釋放速率，從而減少堆芯溫度的升高。
它的燃料利用率和熱效率要比傳統(tǒng)核反應(yīng)器高得多。鈾和釷的反應(yīng)產(chǎn)生的熱能能夠直接通過(guò)冷卻劑傳遞到蒸汽輪機(jī)里面，從而轉(zhuǎn)化成電能。因此，它的熱效率比傳統(tǒng)核反應(yīng)器高出30%以上。與此同時(shí)，燃料利用率也高達(dá)99.5%以上，相比之下，傳統(tǒng)核反應(yīng)器的燃料利用率只有3%左右。
它具有更好的應(yīng)對(duì)空間限制的能力。由于液態(tài)氟化物具有較好的壓力容納性能，可以采用更小型的設(shè)計(jì)，從而更好地適應(yīng)空間有限的地區(qū)。與此同時(shí)，還可以采用模塊化的設(shè)計(jì)，使得堆芯和冷卻系統(tǒng)可以預(yù)先制造并裝配好，從而加快反應(yīng)堆的建造速度和降低反應(yīng)堆的成本。總之，LFR反應(yīng)器是目前有前途的核反應(yīng)器之一，它具有更高的安全性能、更高的燃料利用率和熱效率、更好的適應(yīng)性能等優(yōu)點(diǎn)，有望在未來(lái)成為解決能源危機(jī)的重要途徑。
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