东京科学大学综合研究院零碳能源研究所的近藤正聪副教授等人与日本国立研究开发法人原子能研究开发机构（JAEA，简称，原子能机构）J-PARC中心的斋藤滋研究副主干、大林宽生研究副主干等人组成的研究团队3月3日发表研究成果称，在模拟加速器驱动次临界反应堆（ADS）中子发生装置的液态铅铋共晶合金（LBE）流动环境中，确认到ADS候选结构材料FeCrAl合金（铁素体不锈钢）展现出极高的耐腐蚀性与自修复性能。这是在723开尔文、长达4000小时的腐蚀试验条件下得出的结论。该成果有望应用于能够将高放射性废物转化为能源的ADS反应堆，相关成果已发表在《Corrosion Science》上。
图1. 在流动LBE中浸泡2000小时的FeCrAl合金表层截面STEM/EDX分析结果：（a）仅打磨表面后直接浸泡；（b）经氧化处理在表面形成α-Al₂O₃被膜后再浸泡。（供图：东京科学大学）
ADS作为一种革新型核能技术备受期待，它能够在有效利用全球持续增加的高放射性废物作为能源的同时，稳定提供零碳电力。该技术利用高强度质子加速器将质子加速后照射至液态铅铋共晶合金（LBE），通过液态LBE的散裂反应产生中子，在次临界状态下运行燃料堆芯，从而在获取热能的同时将高放射性废物转化为短半衰期核素。
然而，液态LBE存在容易腐蚀结构材料的问题。候选结构材料FeCrAl合金虽然在高温下可凭借氧化膜展现出优异的抗氧化性能，但其在反应堆的液态LBE环境及长时间高热影响下的表现此前一直不明确。
为此，本次研究团队进行了再现ADS运行环境的腐蚀试验。
试验在JAEA原子能科学研究所搭建的能够再现真实ADS环境的材料评估装置——非等温型高温液态金属流动回路“OLLOCHI”上进行。该装置占地面积相当于一个篮球场大小，装置也由此外形得名。
腐蚀试验中，研究团队将表面经打磨的FeCrAl合金试片，以及表面预先形成氧化膜（α-Al₂O₃）的合金试片，设置于“OLLOCHI”试验段，在模拟ADS运行环境下于液态LBE中浸泡2000小时。然后，利用扫描透射电子显微镜（STEM）及能量色散X射线光谱（EDX）进行了分析。
结果显示，在表面经打磨的试片最表层形成了富含Cr与Fe的氧化膜，其正下方则连续形成了富含Al的氧化膜。这表明，多层结构的氧化膜能够自行形成，从而抑制了材料中金属成分的溶出。
而预先形成氧化膜的试片，氧化膜具有阻隔流动LBE等的高屏障性能，试片性能更优，微划痕试验也证实预形成的氧化膜具有优异的附着力。此外，研究团队还对已形成多层结构氧化膜的试片进行部分人为剥离，并再次将其浸泡2000小时。结果显示，试片剥离部位未发生腐蚀，且保护膜迅速重新形成。
FeCrAl合金将用于ADS中温度特别高的部件。此次试验确认了其高耐久性。
近藤副教授表示：“今后，我们将探讨包括使用FeCrAl合金制造的发热堆芯及泵体等组件是否能够正常工作。与研究中所用的材料切片不同，组件成本较高，因此为推进研发的高度化，我们于去年成立了Lead accel公司（东京科学大学认证第20号初创企业）。希望通过持续研究，为强化实现ADS所需的基础技术贡献力量”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Corrosion Science
论文：Reformation of protective oxide layers on artificially abraded surfaces of FeCrAl alloy during 4000 h exposure in flowing lead-bismuth eutectic
DOI：10.1016/j.corsci.2026.113646
