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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】ナトリウム－スズおよびナトリウム－スズ－鉛冷却材
(51)【国際特許分類】
C22C 24/00 20060101AFI20221129BHJP
G21C 15/28 20060101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
C22C24/00
G21C15/28 C
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020528010
(86)(22)【出願日】2018-11-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-02-12
(86)【国際出願番号】 US2018061838
(87)【国際公開番号】W WO2019100010
(87)【国際公開日】2019-05-23
【審査請求日】2021-07-20
(31)【優先権主張番号】62/588,686
(32)【優先日】2017-11-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】513313945
【氏名又は名称】テラパワー， エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】コービン，ロバート エー．
(72)【発明者】
【氏名】リーガン，クリストファー エム．
(72)【発明者】
【氏名】フォルマー，ジェームス，エム．
(72)【発明者】
【氏名】クレイマー，ケヴィン
【審査官】河野 一夫
(56)【参考文献】
【文献】特公昭５０－０３７３７０（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開平０６－３０６５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５１－０１８２０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１１９２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５０７６３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】液体合金の構造と電子物性，日本金属学会会報，1988年
【文献】Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，米国，2001年07月，p.2722-2723,2733-2734
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ２４／００
Ｇ２１Ｃ １５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
９４．５－９５．５モル％のナトリウム（Ｎａ）と、２．５－３．５モル％の鉛（Ｐｂ）と、
残部であるスズ（Ｓｎ）と、から成る、組成物。
【請求項2】
前記組成物は、９５モル％Ｎａと、
３モル％Ｐｂと、
残部であるＳｎと、である請求項１に記載の組成物。
【請求項3】
９０－９９．９モル％のナトリウム（Ｎａ）と、０－１０モル％の鉛（Ｐｂ）と、残部であるスズ（Ｓｎ）と、から成る組成物を取得するステップと、前記組成物を第１位置で加熱するステップであって、これにより加熱された組成物を生成するステップと、
前記加熱された組成物を前記第１位置から第２位置に移動させるステップと、
前記第２位置で前記組成物から少なくともいくらかのエネルギーを除去するステップであって、これによりその温度を低下させ、冷却された組成物を生成するステップと、を含む、工業プロセスを冷却する方法。
【請求項4】
前記冷却された組成物を前記第１位置に戻すステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記加熱、移動、除去、および戻す操作を繰り返すステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記工業プロセスは原子炉であり、前記第１位置が前記原子炉のコア内にある、請求項３に記載の方法。
【請求項7】
前記工業プロセスは太陽熱収集システムであり、前記第１位置がレシーバの位置である、請求項３に記載の方法。
【請求項8】
前記組成物は、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、請求項１または２に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１８年１１月１９日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、「ＳＯＤＩＵＭ－ＬＥＡＤ－ＴＩＮ ＣＯＯＬＡＮＴ」という名称の米国特許仮出願第６２／５８８，６８６号（出願日２０１７年１１月２０日）への優先権を主張するものであり、当該出願は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年１１月１９日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、「ＳＯＤＩＵＭ－ＬＥＡＤ－ＴＩＮ ＣＯＯＬＡＮＴ」という名称の米国特許仮出願第６２／５８８，６８６号（出願日２０１７年１１月２０日）への優先権を主張するものであり、当該出願は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
〔イントロダクション〕
ナトリウム金属は、工業プロセスおよび原子炉を含む発電において冷却材として使用されてきた。ナトリウム金属は、約９８℃という比較的低い融点と、良好な熱伝導率を有し、熱伝達流体としての使用に適している。しかしながら、ナトリウム金属は、いくつかの周知の欠点を有する。ナトリウム金属は、特に、任意の温度で水と激しく反応し、高温で空気と激しく反応するため、作業が困難であり、取り扱うのに費用がかかる。
ナトリウム金属は、工業プロセスおよび原子炉を含む発電において冷却材として使用されてきた。ナトリウム金属は、約９８℃という比較的低い融点と、良好な熱伝導率を有し、熱伝達流体としての使用に適している。しかしながら、ナトリウム金属は、いくつかの周知の欠点を有する。ナトリウム金属は、特に、任意の温度で水と激しく反応し、高温で空気と激しく反応するため、作業が困難であり、取り扱うのに費用がかかる。
【0003】
〔図面の簡単な説明〕
以下の図面は、本出願の一部を構成するものであり、記載される技術を例示したものであって、いかなる形においても発明の範囲を限定するものではない。当該出願の範囲は、本明細書に添付の請求項に基づくものとする。
以下の図面は、本出願の一部を構成するものであり、記載される技術を例示したものであって、いかなる形においても発明の範囲を限定するものではない。当該出願の範囲は、本明細書に添付の請求項に基づくものとする。
【0004】
図１は、９５モル％Ｎａ（残りはＰｂおよびＳｎ）についての三元状態図のモデリングの結果を示す。
【0005】
図２は、９８モル％Ｎａ（残りはＰｂおよびＳｎ）についての三元状態図のモデリングの結果を示す。
【0006】
図３Ａおよび３Ｂは、Ｎａ－３Ｐｂ－２Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【0007】
図４Ａおよび４Ｂは、Ｎａ－１．１Ｐｂ－０．９Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【0008】
図５Ａおよび５Ｂは、Ｎａ－３Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【0009】
図６は、Ｎａ－３Ｐｂについて行った実験中に得られたデータのグラフである。
【0010】
図７は、Ｎａ－１Ｐｂについて行った実験中に得られたデータのグラフである。
【0011】
図８は、上述の合金組成物と比較するための純粋なナトリウムのふるまいを示すグラフである。
【0012】
図９は、上述のナトリウム－スズおよびナトリウム－スズ－鉛組成物を冷却材として使用する簡単な方法のフロー図である。
【0013】
図１０Ａおよび１０Ｂは、Ｎａ－１Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【0014】
〔ナトリウム－スズおよびナトリウム－スズ－鉛冷却材〕
ナトリウム－スズおよびナトリウム－スズ－鉛組成物は、同じ条件下でナトリウム金属よりも良好な反応特性を示す（すなわち、反応性が低い）ものとして同定され、作成されている。そのため、これらの組成物は、冷却材として使用するための、ナトリウム金属のより安全な代替物とすることができる。これらの組成物は、少なくとも９０％のナトリウム（Ｎａ）、０～１０％の鉛（Ｐｂ）、および残部であるスズ（Ｓｎ）を有する組成物を含む。
ナトリウム－スズおよびナトリウム－スズ－鉛組成物は、同じ条件下でナトリウム金属よりも良好な反応特性を示す（すなわち、反応性が低い）ものとして同定され、作成されている。そのため、これらの組成物は、冷却材として使用するための、ナトリウム金属のより安全な代替物とすることができる。これらの組成物は、少なくとも９０％のナトリウム（Ｎａ）、０～１０％の鉛（Ｐｂ）、および残部であるスズ（Ｓｎ）を有する組成物を含む。
【0015】
〔詳細な説明〕
ナトリウム－スズ冷却材組成物が開示され、説明される前に、本開示は本明細書で開示される特定の構造、プロセスステップ、または材料に限定されず、当業者によって認識されるように、それらの等価物に拡張されることを理解されたい。本明細書で使用される用語は、ナトリウム－スズ冷却材組成物の特定の実施形態を説明する目的でのみ使用され、限定することを意図しないことも理解されるべきである。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は文脈が沿わないことを明確に指示しない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「水酸化リチウム」への言及は定量的または供給源限定として解釈されるべきではなく、「ステップ」への言及は複数のステップを含むことができ、反応の「生成する」または「生成物」への言及は反応の生成物のすべてであると解釈されるべきではなく、「反応する」への言及はそのような反応ステップの１つまたは複数への言及を含むことができる。したがって、反応する工程は、同定された反応生成物を生成するために、類似の物質の複数のまたは反復された反応を含み得る。
ナトリウム－スズ冷却材組成物が開示され、説明される前に、本開示は本明細書で開示される特定の構造、プロセスステップ、または材料に限定されず、当業者によって認識されるように、それらの等価物に拡張されることを理解されたい。本明細書で使用される用語は、ナトリウム－スズ冷却材組成物の特定の実施形態を説明する目的でのみ使用され、限定することを意図しないことも理解されるべきである。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は文脈が沿わないことを明確に指示しない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「水酸化リチウム」への言及は定量的または供給源限定として解釈されるべきではなく、「ステップ」への言及は複数のステップを含むことができ、反応の「生成する」または「生成物」への言及は反応の生成物のすべてであると解釈されるべきではなく、「反応する」への言及はそのような反応ステップの１つまたは複数への言及を含むことができる。したがって、反応する工程は、同定された反応生成物を生成するために、類似の物質の複数のまたは反復された反応を含み得る。
【0016】
ナトリウム－スズ組成物は、同じ条件下でナトリウム金属よりも良好な反応特性を示す（すなわち、反応性が低い）ものとして同定され、作られている。そのため、これらの組成物は、冷却材として使用するための、ナトリウム金属のより安全な代替物とすることができる。これらの組成物は、少なくとも９０％のナトリウム（Ｎａ）、０～１０％の鉛（Ｐｂ）、およびその他のスズ（Ｓｎ）を有する組成物を含む。特に明記しない限り、組成物の説明における全ての％はモル％である。
【0017】
Ｎａ－Ｐｂ－Ｓｎ合金組成物の分析的評価は、少なくとも９０％のナトリウム（Ｎａ）、少なくともいくらかの（０．０１～１０％の）スズ（Ｓｎ）、および０～１０％の鉛（Ｐｂ）を有する合金は、依然として液体冷却材としての使用に適した有効な熱伝達流体でありながら、ナトリウムよりも良好な反応特性を有し得ることを決定した。分析研究は、三元状態図を推定し低融点を有する組成物を同定するためにＣＡＬＰＨＡＤ法で使用される、利用可能な二元状態図に基づくカスタムソリューションデータベースの作成を伴った。
【0018】
モデリングの努力の結果に基づき、そして以下に提供される分析によって支持されて、少なくとも９０％のナトリウム（Ｎａ）、少なくともいくらかの（０．０１～１０％）スズ（Ｓｎ）、および０～１０％の鉛（Ｐｂ）を有するＮａ－Ｐｂ－Ｓｎ合金組成物が適切な冷却材であることが決定された。特に、９０％～９９．５％のＮａを有する冷却材が適切であるだろう。Ｎａ－Ｐｂ－Ｓｎ冷却材の実施形態のいくつかの例は以下を含む：
９２．５－９９．５モル％のＮａ、０～７．５モル％のＰｂ、および０．００１～７．５モル％のＳｎ。
９２．５－９９．５モル％のＮａ、０～７．５モル％のＰｂ、および０．００１～７．５モル％のＳｎ。
【0019】
９４．５－９５．５モル％のＮａ、２．５モル％～３．５モル％のＰｂ、および残部であるＳｎ。
【0020】
９５モル％のＮａ、３モル％のＰｂ、およびその他のＳｎ。
【0021】
９７．５－９８．５モル％のＮａ、０．６～１．６モル％のＰｂ、および残部であるＳｎ。
【0022】
９８モル％のＮａ、１．１モル％のＰｂ、および残部であるＳｎ。
【0023】
９６．５－９７．５モル％のＮａ、および残部であるＳｎ。
【0024】
９７モル％のＮａ、および残部であるＳｎ。
【0025】
Ｎａ－Ｐｂ－Ｓｎ合金組成物の別の説明方法によれば、それらは、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持するナトリウムおよびスズからなる組成物である。あるいは、Ｎａ－Ｐｂ－Ｓｎ合金組成物は、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持するナトリウム、鉛およびスズからなる組成物である。Ｎａ－Ｐｂ－Ｓｎ合金組成物のさらに別の説明によれば、それらは、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持するナトリウムおよびスズ、またはナトリウム、鉛およびスズから本質的になる組成物である。
【0026】
図１は９５モル％Ｎａ（残りはＰｂおよびＳｎ）についての三元状態図のモデリングの結果を示す。図は、Ｐｂの割合が０％から５％Ｐｂに増加するときの相変化を示している。なお、残りはＳｎ（つまり、Ｐｂ＋Ｓｎ＝５ｍｏｌ％：例えば、Ｐｂ＝１．５％のとき、Ｓｎ＝３．５％）である。
【0027】
図２は９８ｍｏｌ％Ｎａ（残りはＰｂおよびＳｎ）についての三元相図のモデリングの結果を示す。
【0028】
ナトリウム金属に対するナトリウム－スズ組成物の反応性を評価および比較するために、試験装置および手順を作成して、高温での溶融液体の空気への露出をシミュレートし、露出された溶融液体がどの温度で反応し始めた（間欠的な炎が観察された）か、およびどの温度で液体が連続反応を維持した（研究者によって覆い消されるまで連続的に燃焼した）か、を決定した。この試験プロトコルを以下に示す。
【0029】
表１は、最初に観察された反応温度および組成物が連続反応を維持した温度を報告する、異なる組成物および純粋なナトリウム金属について、以下に記載されるこの試験システムおよびプロトコルを使用した実験結果の要約を示す。
【0030】
【表1】
【0031】
図３Ａおよび３Ｂは、Ｎａ－３Ｐｂ－２Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。グラフは、実験中の、炉および組成物の温度（図中で「合金温度」と識別される）を示す。加熱速度も示す。プロトコルで後述するように、合金を保持する炉を加熱し、合金を観察した。安定した保護皮膜が人為的に発火点を増大させないことを確実にするために、融解体に直接送り込まれるハウスコンプレッサーシステムからの乾燥空気流が使用される。酸化物の融解が認められた場合、火炎の最初の証拠（最初に観察された反応）が認められ、炉内の合金の直接的な観察によって連続反応が認められた。これらの観察は、グラフに示され、観察された温度と相関する。図３Ａは実験全体のグラフであり、一方、図３Ｂは注目すべき事象（すなわち、酸化物溶解、最初に観察された反応、および連続反応）を示す詳細である。
【0032】
図４Ａおよび４Ｂは、Ｎａ－１．１Ｐｂ－０．９Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。同様に、図４Ａは実験全体のグラフであり、一方、図４Ｂは注目すべき事象（すなわち、酸化物溶解、最初に観察された反応、および連続反応）を示す詳細である。
【0033】
【0034】
【0035】
図６は、Ｎａ－３Ｐｂについて行った実験中に得られたデータのグラフである。
【0036】
図７は、Ｎａ－１Ｐｂについて行った実験中に得られたデータのグラフである。
【0037】
図８は、上述の合金組成物と比較するための純粋なナトリウムのふるまいを示すグラフである。
【0038】
図９は、工業プロセスにおいて、上述のナトリウム－スズおよびナトリウム－鉛－スズ組成物を冷却材として使用する簡単な方法のフロー図である。ナトリウム－スズおよびナトリウム－鉛－スズ組成物は、熱伝達流体としてナトリウムを使用することができる任意の工業プロセスでの使用に適している。ナトリウム－スズおよびナトリウム－鉛－スズ組成物を使用することができるそのような工業プロセスの例には、原子炉および集光型太陽光発電システムなどの太陽熱収集システムが含まれる。
【0039】
図９に示すように、上記のナトリウム－スズおよびナトリウム－鉛－スズ組成物のいずれかを使用することができる。組成物は、示されるように、取得動作９０２によって取得される。次いで、冷却されるべき工業プロセスからのエネルギーは、加熱動作９０４において組成物に移される。加熱動作９０４は、組成物を熱交換器に通して、別の熱伝達流体から、または工業プロセスによって加熱された何らかの表面上でエネルギーを受け取ることを含み得る。
【0040】
図示される実施形態では、次に、加熱された組成物は、移動動作９０６において第２位置に移動され、そこで、組成物に蓄積された熱エネルギーが冷却動作９０８で除去される。
【0041】
図９に示されるように、戻り動作９１０によって示されるように、冷却動作９０８から出る冷却材を、加熱動作９０４が実行される位置に戻すことによって、熱伝達ループが生成されてもよい。一実施形態によると、加熱動作９０４の設備は、例えば、原子炉コア内または集光型太陽光発電システムのレシーバ内のある位置（第１位置）であってもよい。冷却動作９０８の設備は、第１位置とは異なる第２位置、例えば、原子炉コアの外側にあってもよい。図示されていない代替の実施形態では、上述の組成物は、ある量のナトリウム－スズおよびナトリウム－鉛－スズ組成物が所定の位置で加熱され、その後、組成物を物理的に移動させることなく熱エネルギーが除去される、エネルギー貯蔵媒体として使用されてもよい。液体冷却材および液体熱エネルギー貯蔵物質の使用は、当技術分野で周知であり、上述のナトリウム－スズおよびナトリウム－鉛－スズ組成物は、任意のそのような周知の使用に適している。
【0042】
特に断らない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される混合材料の量、分子量などの特性、反応条件、などを表すすべての数字は、すべての場合において、「約」という語句によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、反対に示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメータは、取得を望む所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
【0043】
〔自己着火試験プロトコル〕
（合金の調製および融点）
合金融点は混合ステップ中に決定された。全ての混合は不活性グローブボックス中で行われた。個々の元素は秤量され取り出され、裸線の熱電対を取り付けたステンレス鋼ルツボに入れられ、合金の表面温度を確実に測定できるようにした。上記合金は、撹拌ホットプレート上で融解された。ステンレス鋼撹拌棒を使用して、さらなる攪拌が提供されてもよい。上記合金は、均質化を考慮し、融解と凝固を２回行った。サイクルの間、融解物の温度は連続的に記録された。融点／凝固点は、加熱・冷却曲線上の変曲として顕在化した。さらに、融解が明らかになったときに合金を目視で観察できた。これは、おおよその融点を提供した。
（合金の調製および融点）
合金融点は混合ステップ中に決定された。全ての混合は不活性グローブボックス中で行われた。個々の元素は秤量され取り出され、裸線の熱電対を取り付けたステンレス鋼ルツボに入れられ、合金の表面温度を確実に測定できるようにした。上記合金は、撹拌ホットプレート上で融解された。ステンレス鋼撹拌棒を使用して、さらなる攪拌が提供されてもよい。上記合金は、均質化を考慮し、融解と凝固を２回行った。サイクルの間、融解物の温度は連続的に記録された。融点／凝固点は、加熱・冷却曲線上の変曲として顕在化した。さらに、融解が明らかになったときに合金を目視で観察できた。これは、おおよその融点を提供した。
【0044】
（自己着火試験）
ステンレス鋼ルツボ中で混合した合金を用いて、自己着火試験を決定した。ルツボは、マイクロ炉（ケーブルヒータを用いて加熱された密封底部を有する垂直管）の内部で加熱された。マイクロ炉は、漏洩時に一次格納容器として働いた。マイクロ炉は、不活性化され二次格納容器として働くステンレス鋼ビーカー中に置かれた。ナトリウム自己着火温度は、気体中の酸素含有量、気体流量、ナトリウム表面状態（純粋に対する酸化）、ナトリウム中の熱損失などを含む多くの条件に寄与する相対項である。そのような温度は、１１５℃から４００℃以上までの範囲で報告された。したがって、この試験は、相対的であると考えられ、そのため、ベースラインを確立するために、そのような純粋なナトリウム試料を初めに試験しなければならなかった。
ステンレス鋼ルツボ中で混合した合金を用いて、自己着火試験を決定した。ルツボは、マイクロ炉（ケーブルヒータを用いて加熱された密封底部を有する垂直管）の内部で加熱された。マイクロ炉は、漏洩時に一次格納容器として働いた。マイクロ炉は、不活性化され二次格納容器として働くステンレス鋼ビーカー中に置かれた。ナトリウム自己着火温度は、気体中の酸素含有量、気体流量、ナトリウム表面状態（純粋に対する酸化）、ナトリウム中の熱損失などを含む多くの条件に寄与する相対項である。そのような温度は、１１５℃から４００℃以上までの範囲で報告された。したがって、この試験は、相対的であると考えられ、そのため、ベースラインを確立するために、そのような純粋なナトリウム試料を初めに試験しなければならなかった。
【0045】
安定した保護皮膜が人為的に発火点を増大させないことを確実にするために、合金表面に衝突するか、融解体に直接注入されるハウスコンプレッサーシステムからの乾燥空気流が使用された。これらの実験では、融解した合金の底部に空気流を注入し、これにより合金は気泡に対して保護皮膜の形成を防止することができる。注入のため、空気流は０．５ｓｌｍとした。炉加熱速度は３０℃／分とした。
【0046】
実験を行うために、合金を伴ったルツボをマイクロ炉に入れ、支持ステンレス鋼ビーカーに約５ｓｌｍのアルゴンを浸漬させた。ヒーターの電源を入れた。５０℃で、気流衝突をオンにした。ルツボの温度は、取り付けられた熱電対を用い、そして目視観察を用いてモニターされた。転移点の記録を補助するために、ルツボ内の合金表面および温度の録画が行われた。上記合金は、煙／反応の開始および連続的な火炎の開始について観察され、これらの現象が観察された温度を記録した。いったん火炎が観測されると、ルツボは耐火ブランケットで覆われ、空気と電源をオフにした。アルゴンはオンのままであり、試材の冷却を可能にした。６００℃まで煙や炎が現れなかった場合は、合金を６００℃に２分間保持した。その後、空気と電源をオフにし（アルゴンはオンのまま）、冷却を可能にした。
【0047】
（試験手順）
（合金の調製および融点）
（１）秤量トレーを用いて、規定された試材当たりのナトリウムおよび付加物の必要量を測定した。実際の質量は、目標値の２％以内でなければならない。実験ノートに目標の重量と実際の重量を記録した。
（合金の調製および融点）
（１）秤量トレーを用いて、規定された試材当たりのナトリウムおよび付加物の必要量を測定した。実際の質量は、目標値の２％以内でなければならない。実験ノートに目標の重量と実際の重量を記録した。
【0048】
（２）ホットプレート上のホルダーにルツボを取り付けるように置いた。熱電対を読み出しケーブルに取り付けた。ルツボが直立していることを確認した。
【0049】
（３）ナトリウム片および付加物をルツボに入れた。
【0050】
（４）データロガーを起動した。
【0051】
（５）ホットプレートをオンにした。温度を５００℃に、攪拌を３５０ｒｐｍに設定した。
【0052】
（６）融解を観察した。熱電対線に金属片が付着している場合は、押し込む必要があり得る。いったん融解したら、液体金属を金属撹拌棒で注意深く撹拌した。
【0053】
（７）合金が少なくとも３００℃に達したら、ホットプレートの電源をオフにし、ホットプレート上で合金の冷却を可能とした。完全に凍結したら、データロガーの電源を切った。
【0054】
（８）合金を再融解させた。データロガーをオンにした。ホットプレートをオンにした。温度を５００℃に設定し、攪拌を３５０ｒｐｍに設定した。注意：これは、前のステップの直後、またはその後の時点で行われ得る。
【0055】
（９）合金が少なくとも３００℃に達したら、ホットプレートの電源をオフにする。熱電対を伴ったルツボを冷却スタンドに取り付けるように移動させ、冷却を可能とする。完全に凍結したら、データ記憶装置の電源を切った。
【0056】
（１０）ルツボおよび合金が３０℃未満になったら、合金を保管場所または試験場に移動することができた。
【0057】
（自己着火試験）
（１）データロギングコンピュータが動作可能であることを確認し、実行する試験に適したファイル名を作成した。
（１）データロギングコンピュータが動作可能であることを確認し、実行する試験に適したファイル名を作成した。
【0058】
（２）温度コントローラの上限設定値が７００℃であり、ランプ速度が３０℃／分に設定されていることを確認した。
【0059】
（３）空気ラインに空気ノズルを設置した。
【0060】
（４）空気流バイパスバルブを開いた。空気注入のため、空気供給をオンにし、空気流コントローラを０．５ｓｌｍに設定した。実験ノートにテストタイプを記録した。
【0061】
（５）アルゴンラインが炉の擁壁にあり、約５ｓｌｍでアルゴンが流れていることを確認した。
【0062】
（６）グローブボックス内に配置されているルツボを移動用の缶の中に入れ、缶を抗チャンバに通した。
【0063】
（７）缶を換気フードに持ち込み、ルツボを開けて炉に移動させた。
【0064】
（８）注入試験のため空気ノズルをルツボの中に配置した。金属が固体であれば、ノズルは金属表面に静止し、加重した。金属が液体である場合、ノズルを金属中に直接挿入した。
【0065】
（９）換気フードサッシが４～８インチの隙間まで閉じられていることを確認した（手袋をした手が通り抜けて炉に届くためにはちょうど十分である）。
【0066】
（１０）合金表面にカメラの焦点を合わせた。
【0067】
（１１）カメラとデータファイルの記録を同時に開始した。
【0068】
（１２）ヒーターサイクルを開始した。
【0069】
（１３）金属表面の酸化物溶解、煙／反応開始および／または連続的な火炎を観察した。これらが発生するおおよその温度に注目した。
【0070】
（１４）連続的な火炎が観察された直後に、以下の順序で完了した：
（ａ）空気バイパスバルブを開き、融解体への空気フローを停止した。
（ａ）空気バイパスバルブを開き、融解体への空気フローを停止した。
【0071】
（ｂ）耐火ブランケットをステンレス鋼ビーカーの頂部上に置いた。
【0072】
（ｃ）ヒーターを停止した。
【0073】
（ｄ）融解体につながる空気バルブを閉じた。
【0074】
（ｅ）融解体の温度が依然として加速度で上昇し、煙が観察された場合、耐火ブランケットを再配置して、より良好な密閉を形成した。
【0075】
（ｆ）カメラの録画を停止した。
【0076】
（ｇ）実験ノートで観察された温度値を記録した。
【0077】
（１５）冷却時に試材を観察した。反応が停止しており、融解体の温度が定常速度で低下したことが明らかになったら、第２のオペレータを無視することができた。
【0078】
上述したものに加えて、さらなる実施形態は、以下の番号付けされた条項に開示される：
条項１．９０－９９．９モル％ナトリウム（Ｎａ）と、０－１０モル％鉛（Ｐｂ）と、残部であるスズ（Ｓｎ）と、から成る、または本質的にそれらから成る、組成物。
条項１．９０－９９．９モル％ナトリウム（Ｎａ）と、０－１０モル％鉛（Ｐｂ）と、残部であるスズ（Ｓｎ）と、から成る、または本質的にそれらから成る、組成物。
【0079】
条項２．前記組成物は、９２．５－９９．５モル％Ｎａと、０－７．５モル％Ｐｂと、０．００１－７．５モル％Ｓｎと、である条項１に記載の組成物。
【0080】
条項３．前記組成物は、９４．５－９５．５モル％Ｎａと、２．５－３．５モル％Ｐｂと、残部であるＳｎと、である条項１に記載の組成物。
【0081】
条項４．前記組成物は、９５モル％Ｎａと、３モル％Ｐｂと、残部であるＳｎと、である条項３に記載の組成物。
【0082】
条項５．前記組成物は、９７．５－９８．５モル％Ｎａと、０．６－１．６モル％Ｐｂと、残部であるＳｎと、である条項１に記載の組成物。
【0083】
条項６．前記組成物は、９６．５－９７．５モル％Ｎａと、残部であるＳｎと、である条項１に記載の組成物。
【0084】
条項７．前記組成物は、９７モル％Ｎａと、残部であるＳｎと、である条項１に記載の組成物。
【0085】
条項８．純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、ナトリウムおよびスズから成る組成物。
【0086】
条項９．純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、ナトリウム、鉛およびスズから成る組成物。
【0087】
条項１０．純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、ナトリウムおよびスズから本質的に成る組成物。
【0088】
条項１１．純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、ナトリウム、鉛およびスズから本質的に成る組成物。
【0089】
条項１２．条項１～１１のいずれか１項に記載の組成物を取得するステップと、前記組成物を第１位置で加熱するステップであって、これにより加熱された組成物を生成するステップと、前記加熱された組成物を前記第１位置から第２位置に移動させるステップと、前記第２位置で前記組成物から少なくともいくらかのエネルギーを除去するステップであって、これによりその温度を低下させ、冷却された組成物を生成するステップと、を含む、工業プロセスを冷却する方法。
【0090】
条項１３．前記冷却された組成物を前記第１位置に戻すステップをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【0091】
条項１４．前記加熱、移動、除去、および戻す操作を繰り返すステップをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【0092】
条項１５．前記工業プロセスは原子炉であり、前記第１位置が前記原子炉のコア内にある、条項１２に記載の方法。
【0093】
条項１６．前記工業プロセスは太陽熱収集システムであり、前記第１位置がレシーバの位置である、条項１２に記載の方法。
【0094】
条項１７．前記組成物は、９０～９９．９モル％のナトリウム（Ｎａ）と、０～１０モル％の鉛（Ｐｂ）と、残部であるスズ（Ｓｎ）と、である、条項１２～１６のいずれか１項に記載の方法。
【0095】
条項１８．前記組成物は、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、条項１～７のいずれかに記載の組成物。
【0096】
条項１９．前記組成物は、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、条項１～７のいずれかに記載の組成物。
【0097】
条項２０．前記組成物は、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、条項１～７のいずれかに記載の組成物。
【0098】
条項２１．前記組成物は、純粋なナトリウムが空気との連続反応を維持する温度よりも高い温度で空気との連続反応を維持する、条項１～７のいずれかに記載の組成物。
【0099】
条項２２．９０－９９．９モル％のナトリウム（Ｎａ）と、０．０１－１０モル％の鉛（Ｐｂ）と、残部であるスズ（Ｓｎ）と、から成る、あるいは本質的に成る、組成物。
条項２３．前記組成物は、９２．５－９９．５モル％Ｎａと、０．０１－７．５モル％Ｐｂと、０．００１～７．５モル％Ｓｎと、である条項２２に記載の組成物。
条項２３．前記組成物は、９２．５－９９．５モル％Ｎａと、０．０１－７．５モル％Ｐｂと、０．００１～７．５モル％Ｓｎと、である条項２２に記載の組成物。
【0100】
本技術の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の具体例に示される数値は、可能な限り正確に報告される。しかし、任意の数値は、それぞれの試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。
【0101】
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、言及される目的および利点、ならびにその中に固有のものを達成するように十分に適合されることが明らかである。当業者であれば、本明細書内の方法およびシステムは多くの方法で実施することができ、そのような方法は前述の例示的な実施形態および実施例によって限定されるものではないことを認識するであろう。言い換えると、単一又は複数の構成要素によって実行される（ハードウェア及びソフトウェアの種々の組合せにおける）機能要素、および個々の機能は、クライアントまたはサーバレベルのいずれかでソフトウェアアプリケーション間に分散されることができる。この点に関して、本明細書に記載される異なる実施形態の任意の数の特徴が、１つの単一の実施形態に組み合わされてもよく、本明細書に記載される特徴の全てよりも少ないか、またはそれよりも多い特徴を有する代替の実施形態が可能である。
【0102】
本開示の目的のために様々な実施形態を説明してきたが、本開示によって十分に企図される範囲内にある様々な変更および修正を行うことができる。当業者には容易に示唆され、本開示の精神に包含される多数の他の変更を行うことができる。本明細書に記載されるシステムおよび方法は、言及される目的および利点、ならびにその中に固有のものを達成するように十分に適合されることが明らかである。当業者であれば、本明細書内の方法およびシステムは多くの方法で実施することができ、そのような方法は前述の例示的な実施形態および実施例によって限定されるものではないことを認識するであろう。この点に関して、本明細書に記載される異なる実施形態の任意の数の特徴が、１つの単一の実施形態に組み合わされてもよく、本明細書に記載される特徴の全てよりも少ないか、またはそれよりも多い特徴を有する代替の実施形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0103】
【図1】９５モル％Ｎａ（残りはＰｂおよびＳｎ）についての三元状態図のモデリングの結果を示す。
【図2】９８モル％Ｎａ（残りはＰｂおよびＳｎ）についての三元状態図のモデリングの結果を示す。
【図3A】Ｎａ－３Ｐｂ－２Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図3B】Ｎａ－３Ｐｂ－２Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図4A】Ｎａ－１．１Ｐｂ－０．９Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図4B】Ｎａ－１．１Ｐｂ－０．９Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図5A】Ｎａ－３Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図5B】Ｎａ－３Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図6】Ｎａ－３Ｐｂについて行った実験中に得られたデータのグラフである。
【図7】Ｎａ－１Ｐｂについて行った実験中に得られたデータのグラフである。
【図8】上述の合金組成物と比較するための純粋なナトリウムのふるまいを示すグラフである。
【図9】上述のナトリウム－スズおよびナトリウム－スズ－鉛組成物を冷却材として使用する簡単な方法のフロー図である。
【図10A】Ｎａ－１Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図10B】Ｎａ－１Ｓｎについて行った実験中に得られたデータのグラフを示す。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】