研究人员通过计算模拟了电子与熔融氯化锌盐之间的相互作用，发现了三种截然不同的状态。这一发现对于了解辐射对未来以盐为燃料的核反应堆的影响至关重要。这项研究的洞察力将推动对辐射下熔盐反应性的进一步研究。

科学家揭示了熔盐中三种独特的电子状态，这一发现对未来以盐为燃料的核反应堆的辐射影响至关重要。

科学家们的一项发现有助于阐明先进核反应堆中的熔盐可能会有怎样的行为，该发现显示了电子与熔盐中的离子相互作用会形成三种具有不同性质的状态。了解这些状态有助于预测辐射对盐燃料反应堆性能的影响。

来自美国能源部橡树岭国家实验室和爱荷华大学的研究人员通过计算模拟了在熔融氯化锌盐中引入过量电子的情况，以了解会发生什么。

他们发现了三种可能的情况。一种情况是，电子成为包含两个锌离子的分子自由基的一部分。另一种情况是，电子定位于单个锌离子上。在第三种情况中，电子被分散，或扩散到多个盐离子上。

当暴露在辐射下时，可以观察到熔融氯化锌（或 ZnCl2）中产生的电子处于三种不同的单占据分子轨道状态，以及一种更扩散、更分散的状态。资料来源：Hung H. NguJdgNaaSeCyen/爱荷华大学

对未来反应堆设计的影响

由于熔盐反应堆是未来核电站正在考虑的反应堆设计之一，"最大的问题是当熔盐暴露在高辐射下会发生什么"，ORNL 化学分离组组长 Vyacheslav Bryantsev 说，他是这项研究的科学家之一，也是论文的作者。"在这些先进的反应堆概念中，用于携带燃料的盐会发生什么变化？

爱荷华大学化学教授克劳迪奥-马格里斯（Claudio Margulis）也是这项研究的调查员和作者之一，他说："弄清电子如何与盐相互作用非常重要。我们从研究中196世界之最看到，在很短的时间内，电子可以促进锌二聚体、单体的形成，也可以脱定位。可以想象，在更长的时间尺度上，这些物种可以进一步相互作用，形成其他更复杂的物种"。196世界之最

在这项研究中，科学家们希望了解因核燃料或其他能源产生的辐射而出现的电子将如何与构成熔盐的离子发生反应。

Margulis说："这项研究并没有回答所有这些问题http://www.196nk.cn，但它是更深入研究电子如何与盐相互作用的一个开端。"

潜在的长期相互作用和已发表的研究结果

马格里斯介绍说："我们的第一原理分子动力学计算显示，这三种物质可以在很短的时间内在熔体中形成，这就引出了一个问题：还有哪些物质可以在更长的时间内形成。我们对此还没有答案。一种选择是电子可以返回到它们来自的物种中；http://www.196nk.cn例如，氯自由基可以取回一个电子形成氯化物。另一种可能是，自由基物种可能会以更复杂的方式发生反应。尤其令人感兴趣的是，当辐射产生足够多的自由基时，这些自由基可能会靠近；这时它们可能会发生反应，形成更复杂的物种。"

研究人员与爱荷华州研究生 Hung Nguyen 一起在美国化学学会的《物理化学杂志 B》上发表了他们的研究成果，论文题为《高温熔盐是否会与过剩电子发生反应？ZnCl2 的案例》被选为美国化学学会编辑推荐论文，这是美国化学学会从其所有论文中选出的一篇具有广泛公众兴趣的论文所授予的荣誉。该论文还被选为该杂志的封面。

这项研究是能源部"极端环境中的熔盐能源前沿研究中心"（Molten Salts in Extreme Environments Energy Frontier Research Center，简称 MSEE EFRC）的一部分，由布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）领导。EFRC 是由能源部基础能源科学办公室资助的一项基础研究计划，该计划汇集了具有创造性的多学科和多机构研究人员团队，以解决基础能源科学研究前沿最严峻的重大科学挑战。

更广泛的意义

"这项研究之所以重要，是因为它展示了熔盐反应堆中辐射产生的过剩电子如何具有多种形式的反应性。我和 MSEE 团队的其他成员正试图通过实验确定这些其他形式的反应性，"MSEE EFRC 主任、布鲁克海文化学家 James Wishart 说。

"这项研究让我们对电子如何与熔盐相互作用有了一定的了解，"Bryantsev 说。"还有很多问题尚未解决。例如，这种相互作用是否与其他盐类发生的情况类似？"

论文第一作者 Nguyen 说："我将继续与 Margulis 教授、Bryantsev 博士以及 MSEE 项目的其他成员合作，通过研究其他盐系统来扩展我们的研究。希望我们能回答更多关于辐射对熔盐影响的问题。