• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
13.04.2023
МИФИ
680

Ученые определили свойства носителей для жидкосолевых ядерных реакторов

4.6

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.

Ученые определили свойства носителей для жидкосолевых ядерных реакторов
Ученые определили свойства носителей для жидкосолевых ядерных реакторов / ©Getty images / Автор: Godefridus Victorinus

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.

Схема реактора на жидких солях / ©Пресс-служба НИЯУ МИФИ

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. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ - ведущий российский вуз, занимающийся подготовкой высококвалифицированных инженерных кадров для атомной отрасли, науки, IT-сферы, а также других высокотехнологичных секторов экономики России. Расположен в Москве, имеет 16 филиалов в разных регионах России, в Узбекистане и Казахстане
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 18:00
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

6 часов назад
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

5 часов назад
Полина Меньшова

Лекарства, которые используют для анестезии, заставляют человека на какое-то время потерять сознание. Этот эффект может быть связан с дестабилизацией мозга, выяснили ученые из США.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

Вчера, 18:00
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно