Химик из Университета Цинциннати придумал новый способ изучения термодинамических свойств расплавленных солей, которые используются во многих областях ядерной и солнечной энергетики.
Научный сотрудник Колледжа искусств и наук Калифорнийского университета и специалист по вычислительной химии Ю Ши и его сотрудники разработали новый метод моделирования для расчета свободной энергии с использованием искусственного интеллекта с глубоким обучением.
Расплавленная соль – это соль, нагретая до высоких температур, при которых она становится жидкой. Исследователи Калифорнийского университета изучали хлорид натрия, широко известный как поваренная соль. Ши сказал, что расплавленная соль обладает свойствами, которые делают ее ценной средой для систем охлаждения на атомных электростанциях. В солнечных башнях они могут использоваться для передачи тепла или накопления энергии.
Парадоксально, но в то время как соль является изолятором, расплавленная соль проводит электричество.
“Расплавленные соли стабильны при высоких температурах и могут удерживать много энергии в жидком состоянии”, – сказал Ши. “Они обладают хорошими термодинамическими свойствами. Это делает их хорошим материалом для накопления энергии для солнечных электростанций. И их можно использовать в качестве теплоносителя в ядерных реакторах”.
Опубликованное в журнале Chemical Science Королевского химического общества исследование может помочь исследователям изучить коррозию, которую эти соли могут вызывать в металлических контейнерах, подобных тем, которые используются в ядерных реакторах следующего поколения.
Исследование обеспечивает надежный подход к изучению превращения растворенного газа в пар в расплавленных солях, помогая инженерам понять влияние различных примесей и растворенных веществ на коррозию. Ши сказал, что это также поможет исследователям изучить выброс потенциально токсичного газа в атмосферу, что будет чрезвычайно полезно для ядерных реакторов на расплавленной соли четвертого поколения.
“Мы использовали нашу квазихимическую теорию и нашу глубокую нейронную сеть, которую мы обучили с использованием данных, полученных в результате квантового моделирования, для моделирования термодинамики сольватации расплавленной соли с химической точностью”, – сказал Ши.
Ученый говорит что расплавленные соли не расширяются при нагревании, в отличие от воды, которая может создавать экстремальное давление при высоких температурах.
“Давление внутри ядерного реактора сильно повышается. В этом и заключается сложность проектирования реактора — это приводит к большему риску и более высоким затратам”, – сказал он.
Исследователи обратились в Вычислительный центр перспективных исследований Калифорнийского университета и Суперкомпьютерный центр штата Огайо для проведения моделирования.
В 2020 году Ши и Бек установили шкалу свободной энергии для одноионной гидратации, используя квазихимическую теорию и квантово-механическое моделирование иона натрия в воде в исследовании, опубликованном в журнале PNAS. По словам Ши, это был первый расчет свободной энергии сольватации для заряженного растворенного вещества с использованием квантовой механики.
Подробнее: Yu Shi et al, Deep neural network based quantum simulations and quasichemical theory for accurate modeling of molten salt thermodynamics,Chemical Science(2022).DOI: 10.1039/D2SC02227C
Журнал: Chemical Science , Proceedings of the National Academy of Sciences
