高温高压 (HTHP) 反应器充当精确的环境模拟器。 它建立并维持使二氧化碳保持超临界状态 (sCO2) 所需的精确物理参数——特别是大约 600°C 的温度和 10 MPa 的压力。通过复制这些极端条件，反应器能够验证用于先进能源系统的材料，确保其在现场部署前的可靠性。
该设备的核心价值在于其能够将高密封完整性与极端的耐热和耐压性相结合。这使得能够对氧化动力学和关键材料（如形成氧化铝的奥氏体 (AFA) 不锈钢）的裂纹萌生进行实际评估，从而确保四代核反应器的安全。
环境复制的物理学
达到临界阈值
反应器的主要功能是突破二氧化碳的临界点。
为了达到超临界状态，设备必须可靠地达到并保持特定的基准，例如600°C和10 MPa。
确保密封完整性
维持超临界流体需要一个具有卓越完整性的封闭系统。
反应器必须具有强大的耐压能力，以确保二氧化碳保持在超临界状态而不发生泄漏。
任何密封失效都会导致压力损失，使流体恢复为气体或液体状态，从而使测试无效。
验证材料耐久性
模拟四代反应器条件
使用 HTHP 反应器的最终目标是模拟先进能源系统的运行环境。
特别是，它复制了四代核反应器中的条件，使研究人员能够预测材料在实际使用中的行为。
研究氧化动力学
在 sCO2 环境中，材料的降解方式与在水或空气中不同。
反应器提供了一个受控的平台来观察合金（如形成氧化铝的奥氏体 (AFA) 不锈钢）的氧化动力学。
这揭示了材料随时间暴露在超临界流体中时腐蚀的速度和深度。
分析裂纹萌生
除了腐蚀，结构完整性至关重要。
反应器环境使科学家能够研究热应力和压力下的裂纹萌生行为。
了解裂纹在哪里以及如何开始对于防止高风险能源基础设施的灾难性故障至关重要。
操作挑战与考量
长期测试的复杂性
虽然主要参考资料强调了 sCO2 的特定条件，但必须了解这些测试通常需要持续一段时间才能有效。
与用于压水堆 (PWR) 的高压釜类似，后者可能运行 500 小时，sCO2 反应器必须在长时间内保持稳定性，才能捕捉应力腐蚀开裂等缓慢发展的现象。
设备韧性
反应器本身面临与测试样品相同的腐蚀性环境。
因此，用于制造反应器的材料必须比被测试的样品具有更优越的抗氧化和抗蠕变性能，以确保设备在实验过程中不会失效。
为您的目标做出正确选择
在选择或设计涉及 HTHP 反应器的测试方案时，请考虑您的具体目标：
- 如果您的主要重点是 sCO2 相稳定性：确保反应器能够精确控制远高于临界点的压力（例如，维持 10 MPa），以防止相波动。
- 如果您的主要重点是材料寿命：优先选择具有高密封完整性的系统，该系统能够在长时间内维持 600°C 的温度而不会损失压力。
- 如果您的主要重点是安全认证：设计测试以专门监测 AFA 不锈钢的裂纹萌生，以验证其适用于四代应用。
可靠的模拟是理论材料科学与安全运行的核基础设施之间的唯一桥梁。
总结表：
| 特性 | 超临界 CO2 (sCO2) 测试要求 | HTHP 反应器作用 |
|---|---|---|
| 温度 | 高达 600°C | 维持稳定的热基准，以实现临界相变。 |
| 压力 | 约 10 MPa | 确保高密封完整性，防止流体相恢复。 |
| 材料重点 | AFA 不锈钢 / 合金 | 评估氧化动力学和裂纹萌生行为。 |
| 应用 | 四代核反应器 | 提供现实的环境复制，以进行安全验证。 |
| 稳定性 | 长期暴露（例如 500+ 小时） | 在延长时间内维持极端条件，用于蠕变测试。 |
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参考文献
- Shuo Cong, Xianglong Guo. On the role of Al/Nb in the SCC of AFA stainless steels in supercritical CO2. DOI: 10.1038/s41529-022-00258-w
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
