Quantum chemical optimization of nano-particle constituent elements eliciting a self-extinction to the ignitible liquid metal and evaluation of its flowability

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02382
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 25020:Safety engineering-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Suzuki Ai 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (40463781)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 隆治 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (00570897)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ナトリウム / 水 / 水素

Outline of Final Research Achievements

We compared the sodium-water reaction in vapor sodium phase at 1273 K with that in the sodium/metal multiphase domain by applying the accelerated quantum chemical molecular dynamics method.
When a water molecule collides with the surface of sodium medium, a water molecule collides from the hydrogen atom side, and the negatively charged hydrogen atom forms sodium hydride, and they become hydrogen molecule. Whereas, in sodium over the titanium, newly generated hydrogen molecules are negatively charged and staying around the titanium surface. Produced hydrogen molecule is difficult to scatter vigorously like on the sodium surface. The difference in this hydrogen morphology is considered to be a deterrent factor of the sodium-water reaction.

Free Research Field

安全設計

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナトリウムは伝熱特性に優れた冷却材としての利点を有する一方で、化学的に活性である為、空気中の水蒸気との接触により急激な化学反応を生じる。アルカリ金属が水や水蒸気と接触して起こす爆発反応によって水素ガスが発生する。この激しいナトリウム-水蒸気反応は、ナトリウムがチタンナノ粒子を包含する場合、その激しさが緩和される事が実証されている。しかし、ナトリウム-水蒸気反応は非常に速く複雑で危険をともなうため、発生した水素の分子または原子の形態は実測し難く、理論的観点からの解析が必要であった。チタンの有無によるナトリウム-水反応の差異を高速化量子分子動力学計算を用いて反応過程を解析した。