Ученые определили свойства носителей для жидкосолевых ядерных реакторов
Исследователи НИЯУ МИФИ в составе научной группы изучили с помощью компьютерного моделирования и экспериментов кинетические свойства смеси расплавленных солей LiF-NaF-KF (FLiNaK) с добавкой фторидов лантаноидов. Полученные данные могут быть использованы для проектирования жидкосолевых реакторов и моделирования их функционирования.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Physical Chemistry. Концепция жидкосолевого реактора (ЖСР) – одного из видов ядерных реакторов деления – зародилась еще в 1960-х годах, но промышленная технология их создания до сих пор не реализована в полной мере. Топливо для таких реакторов состоит из носителя (смеси расплавленных фтористых солей), и растворенного в нем делящегося материала.
При этом расплавы солей должны иметь низкую температуру плавления, которая обеспечивает рабочую температуру реактора, небольшую коррозионную активность, высокую теплоемкость и электропроводность, низкую вязкость. Также они должны быть стабильными и совместимыми с конструкционным материалом теплообменников, обладать подходящими гидродинамическими свойствами, иметь низкое давление паров в широком рабочем диапазоне.
В качестве солей-носителей исследователи преимущественно рассматривают смеси фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, таких как LiF-BeF2 (FLiBe) и LiF-NaF-KF (FLiNaK). Оба расплава обладают подходящими физико-химическими свойствами. Однако смеси бериллия требуют особого обращения из-за токсичности. По этой причине, а также из-за высокой растворимостм делящихся материалов, FLiNaK стал основной альтернативой FLiBe. В то же время кинетические характеристики FLiNaK на сегодняшний день недостаточно изучены, считают ученые НИЯУ МИФИ. По их мнению, это приводит к затруднениям при проектировании и эксплуатации ядерной установки с использованием этой солевой смеси.
Исследователи НИЯУ МИФИ проанализировали кинетические свойства смеси FLiNaK, содержащей фториды церия и неодима, в температурном интервале, охватывающем рабочие температуры жидкосолевого реактора. Они предположили, что менее опасные фториды лантанидов (CeF3 и NdF3) могут заменить фториды актиноидов (тория и урана) в солевом расплаве FLiNaК, а полученная смесь может служить перспективным растворителем для ядерных отходов, обеспечивая быстрое разложение радиоактивных элементов и хороший теплоотвод.
При выполнении компьютерного моделирования в рамках метода молекулярной динамики ученые применяли многомасштабный подход, рассказал профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ Михаил Маслов. По его словам, длительные молекулярно-динамические вычисления проводились с использованием классического межатомного потенциала взаимодействия, параметры для которого ученые определяли из результатов ресурсоемких прецизионных расчетов, задействовав строгий аппарат квантовой механики.
«В результате нам удалось добиться прекрасного соответствия рассчитанных и измеренных характеристик растворов церия и неодима в расплавленных солях. В первую очередь, это зависимости коэффициента самодиффузии и сдвиговой вязкости от температуры», — отметил ученый.
Самодиффузия представляет собой частный случай диффузии в растворе постоянного состава, при котором диффундируют собственные частицы вещества. Проще говоря, это процесс перемещения молекул среди себе подобных. Сдвиговая вязкость характеризует способность материалов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.
«Понимание зависимости этих характеристик от температуры необходимо для оценки и прогнозирования поведения расплавов фторидов лития, натрия, калия (FLiNaK) в качестве топливного компонента жидкосолевых реакторов», — пояснил Михаил Маслов. Исследователи установили, что коэффициенты самодиффузии ионов в расплавленном FLiNaK зависят не только от их атомных весов, но и от концентрации компонентов в расплаве. В частности, высокое значение коэффициента самодиффузии для ионов фтора как раз обусловлено их высокой концентрацией в FLiNaK.
Кроме того, они подтвердили необходимость корректировки формулы Стокса-Эйнштейна, которая связывает сдвиговую вязкость с коэффициентом самодиффузии, применительно к компонентам расплава FLiNaK. Исследования проводились в температурном интервале, охватывающем рабочие температуры реактора на расплавах солей, и при соответствующих концентрациях добавок. По мнению ученых, это позволит использовать разработанные межатомные потенциалы и полученные данные для проектирования жидкосолевых реакторов и моделирования их функционирования.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно