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| ナトリウム-カリウム合金 | |
|---|---|
 鉱油中のナトリウム-カリウム合金。 | |
| 材質タイプ | 金属合金 |
| 物理的特性 | |
| 密度 ( ρ ) |
|
| 熱特性 | |
| 融点 （Tm） | −12.6 °C (9.3 °F) |
| 100 °C (212 °F) での熱伝導率( k ) | 22.4 W/(m⋅K) |
| 比熱容量 （c） | 982 ジュール/(kg⋅K) |
| 電気的特性 | |
| 表面抵抗率 | 33.5～ 72.0μΩ⋅cm |
| 出典[1] | |
ナトリウム・カリウム合金は、通称NaK（一般に/ n æ k /と発音） [2]とも呼ばれ、アルカリ金属のナトリウム（Na、原子番号11）とカリウム（K、原子番号19）の合金で、通常は室温で液体です。[3]さまざまな商用グレードが利用可能です。NaKは（その構成元素と同様に）水との反応性が高く、空気に触れると発火する可能性があるため、特別な注意を払って取り扱わなければなりません。
プロパティ
物理的特性
質量の40%～90%のカリウムを含むNaKは、室温で液体です。共晶混合物は、質量の77%のカリウムと23%のナトリウムで構成されており (NaK-77)、-12.6～785 °C (9.3～1,445.0 °F) で液体です。密度は21 °C (70 °F) で0.866 g/cm 3、100 °C (212 °F) で0.855 g/cm 3 であり、水よりも密度が低くなっています。[ 3 ]水との反応性が高く、通常はヘキサンまたはその他の炭化水素の下で保管されますが、高純度と低酸化レベルが求められる場合は不活性ガス (通常は乾燥窒素またはアルゴン[5] ) の下で保管されます。
低温では 固体化合物Na 2 Kが存在し、質量比で 46 パーセントのカリウムを含みます。
NaKは非常に高い表面張力を持ち、大量に摂取するとパンのような形状になります。比熱容量は982 J/(kg⋅K)で、水の約4分の1ですが、熱伝導率が高いため温度勾配での熱伝達は高くなります。[6]
化学的性質
空気中に保管すると、黄色のカリウムスーパーオキシドコーティングを形成し、発火する可能性がある。このスーパーオキシドは、水や有機物と爆発的に反応する。NaKは、ほとんどの炭化水素に沈むほど密度が高くないが、より軽い鉱油に沈む。スーパーオキシドが形成された場合、この方法で保管するのは安全ではない。1999年12月8日、オークリッジY-12施設で、事故による流出後に清掃されたNaKが鉱油で不適切に処理され、金属工具で傷つけられた際に大爆発が発生した。[7]この液体合金は、PTFE（「テフロン」）も侵す。[8]ナトリウム-カリウム合金は、ジメチルジクロロシランを重合して、主にドデカメチルシクロヘキサシランである、Si-Si骨格とメチルラジカルを持つポリシランを生成する。[9]
![{\displaystyle {\ce {6 (CH3)2SiCl2 + 12 M -> [(CH3)2Si]6 + 12 MCl}}\ {\ce {(M = Na, K)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed5ea6ce16092f39fc40b4bace119c4b6848953d)
低融点のその他の合金
融点が低い合金としては、Cs 77 K 23（-37.5 °C、-35.5 °F）、Cs 19 Na（-30 °C、-22 °F）、Na 2 Rb 23（-5 °C、23 °F）などがあります。40.8 % のセシウム、11.8 % のナトリウム、47.4 % のカリウムからなる合金の融点は、-79.4 °C（-110.9 °F）です。[説明が必要]
使用法
冷却剤
NaK は実験用高速中性子原子炉の冷却材として使用されています。商業用原子炉とは異なり、これらの原子炉は頻繁に停止され、燃料が抜かれます。実用原子炉で使用される他の材料である鉛や純粋なナトリウムを使用する場合、冷却材を液体として維持するために継続的な加熱が必要になります。NaK を使用すると、この問題を克服できます。ドゥンレイ高速原子炉はその一例です。
宇宙で最初の原子炉[10] [11]は、米国の実験衛星SNAP-10Aで、冷却剤としてNaKを使用しました。NaKは、液体金属直流伝導型ポンプによってコアと熱電変換器を循環しました。[12]この衛星は1965年に打ち上げられ、[13] 2022年現在、米国が宇宙に打ち上げた唯一の核分裂炉発電システムです。 [14]
ソ連のRORSATレーダー衛星は、NaKで冷却されたBES-5原子炉で稼働していた。 [15] [16]液体の温度範囲が広いことに加え、NaKは蒸気圧が非常に低く、これは宇宙の真空中では重要である。
軌道上の衛星の冷却剤としての使用による予期せぬ結果として、さらなる宇宙ゴミの発生が生じた。NaK冷却剤は、コスモス1818やコスモス1867を含む多くの衛星から漏れ出している。冷却剤は、最大数センチメートルの大きさのナトリウム-カリウムの液滴に自己形成される。[17]これらの物体が宇宙ゴミである。[18]
Danamics LMX Superleggera CPUクーラーはNaKを使用してCPUから冷却フィンに熱を輸送します。[19]
乾燥剤
水と接触すると水素が発生します。[20]そのため、ナトリウム-カリウム合金は蒸留前の溶媒を乾燥させる乾燥剤として使用されます。
油圧作動油
共晶 NaK (NaK-77、質量比でカリウム 77% とナトリウム 23% の合金) は、高温および高放射線環境における作動油として、-12 ～ 760 °C (10 ～ 1,400 °F) の温度範囲で使用できます。538 °C (1,000 °F) での体積弾性率は 2.14 GPa で、室温の作動油よりも高くなります。潤滑性が低いため、容積式ポンプは適さず、遠心ポンプを使用する必要があります。セシウムを追加すると、有効な温度範囲が -71 ～ 704 °C (-96 ～ 1,299 °F) に変わります。NaK-77 は、超音速低高度ミサイルの油圧システムと流体システムでテストされました。[21] NaKは水銀の代替として高温圧力トランスデューサー内部で力を伝達するためにも使用されることがある。[22]
化学的方法
NaKは、イブプロフェンの前駆体であるイソブチルベンゼンなどの反応において触媒として使用することができます。[23]
合成と製造
工業的には、NaKは反応蒸留によって生産される。[24]
参照
参考文献
- ^ Foust, OJ; 米国原子力委員会 (1972)。ナトリウム-NaK 工学ハンドブック。ニューヨーク: Gordon & Breach。ISBN 978-0-677-03030-2. 2018年6月27日閲覧。
- ^ ホートン、リック、未知物質の緊急特性評価、2017-12-21にWayback Machineでアーカイブ、CRC Press、2007年、p.89
- ^ ab 「ナトリウム-カリウム合金 (NaK)」(PDF)。BASF 。 2007年9月27日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2009年3月5日閲覧。
- ^ GLCM van Rossen、H. van Bleiswijk: Über das Zustandsdiagramm der Kalium-Natriumlegierungen、in: Z. Anorg.化学。、1912、74 、 S . 152–156。
- ^ Strem Chemical. 「MSDS」。2014年11月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月4日閲覧。
- ^ 「Danamics LM10 - 液体金属のテスト」 NordicHardware 2008-12-04 p. 2。2009-03-26 時点のオリジナルよりアーカイブ。2010-01-10に取得。
- ^ 「Y-12 NaK事故調査」。米国エネルギー省。2000年2月。2010年5月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Klinkrad, Heiner (2009年10月). 液体金属ハンドブック. p. 97. 2017年12月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ウェスト、ロバート; ブロー、ローレンス; ウォイノウスキー、ヴィースロウ (2007). 「ドデカメチルシクロヘキサシラン」.無機合成: 265– 268. doi :10.1002/9780470132500.ch62. ISBN 9780470132500。
- ^ 「米国の宇宙核反応炉の歴史 パート1: SNAP-2と10A」、Beyond NERVA、2019年4月3日。2024年4月25日閲覧。
- ^ Andrew LePage、「軌道上の最初の原子炉」、Drew Ex Machina、 2015年4月3日。2024年4月25日閲覧。
- ^ Schmidt, GL (1988 年 9 月)。SNAP 10A テスト プログラム。Rockwell International、カリフォルニア州カノガ パーク。DCN: SP-100-XT-0002。
- ^ 「原子炉が宇宙へ」。キャンベラ・タイムズ。第39巻、第11号、122ページ。オーストラリア首都特別地域、オーストラリア。1965年4月5日。1ページ。 2024年4月25日閲覧– オーストラリア国立図書館経由。
- ^ NASAの宇宙核システムのロボットおよび有人探査ミッションへの活用(PDF) (レポート). NASA. 2022年7月. p. 4. 2023年3月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2024年4月25日閲覧。
- ^ 「旧ソ連の原子力衛星が稼働開始」Space.com 2009年1月15日。2014年8月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年8月26日閲覧。
- ^ クリンクラード、ハイナー (2006-02-23)。スペースデブリ: モデルとリスク分析。スプリンガー。 p. 83.ISBN 978-3-540-25448-52017年12月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ C. Wiedemann 他、「MASTER-2009 の NaK 液滴のサイズ分布」、第 5 回欧州宇宙デブリ会議議事録、2009 年 3 月 30 日～4 月 2 日、(ESA SP-672、2009 年 7 月)
- ^ A. Rossi 他、「RORSAT NaK ドロップが宇宙デブリ集団の長期的進化に及ぼす影響」Wayback Machineに 2016 年 3 月 10 日にアーカイブ、ピサ大学、1997 年。
- ^ 「Danamics LMX Superleggera Cooler Review」。bit-tech.net。2010年5月14日。2014年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年2月11日閲覧。
「Danamics LMX Superleggera レビュー - Liquid Metal?」guru3D.com 2010 年 6 月 8 日。2014 年 2 月 22 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年2 月 11 日閲覧。 - ^ マンフレッド・クレル;アイヒルゼダー、ヘルムート; Trattner、Alexander (2018)、「Speicherung und Transport」、Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik、Springer Fachmedien Wiesbaden、pp. 109–139、doi :10.1007/978-3-658-20447-1_5、ISBN 978-3-658-20446-4、 2020年6月10日取得
- ^ ヴァーノン・R・シュミット、2002年、「第二次世界大戦と冷戦時代の制御爆弾と誘導ミサイル」、ISBN 0768009138
- ^ 「NaKメルト圧力トランスデューサー＆トランスミッター」www.mpipressure.com . 2022年7月23日閲覧。
- ^ 米国特許番号 2995610、「イソブチルベンゼンの製造」。1961 年 8 月 8 日に Standard Oil Co. に譲渡。
- ^ Jackson, CB; Werner, RC (1957-01-01). "18".カリウムとNaKの製造。化学の進歩。第19巻。pp. 169– 173。doi : 10.1021/ba-1957-0019.ch018。ISBN 9780841221666。