• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
13.04.2023
МИФИ
669

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, 17:46
Александр Березин

Миссия NS-25 стала первой после длительной приостановки полетов New Shepard — полностью многоразового суборбитального носителя и корабля. Джефф Безос, владелец Amazon, 24 года назад создавший компанию Blue Origin, некогда планировал, что этот носитель станет базой для серьезной выручки от космического туризма.

17 мая
Игорь Байдов

Не успели утихнуть разговоры об испытании нового британского лазерного оружия, как правительство этой страны выпустило очередной пресс-релиз, в котором рассказало о работе над еще одной установкой против беспилотников. Эксперты считают, что это оружие — альтернатива дорогостоящим ракетам. Стоимость выстрела из него составит чуть больше 10 центов.

3 часа назад
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

Вчера, 17:46
Александр Березин

Миссия NS-25 стала первой после длительной приостановки полетов New Shepard — полностью многоразового суборбитального носителя и корабля. Джефф Безос, владелец Amazon, 24 года назад создавший компанию Blue Origin, некогда планировал, что этот носитель станет базой для серьезной выручки от космического туризма.

17 мая
Игорь Байдов

Не успели утихнуть разговоры об испытании нового британского лазерного оружия, как правительство этой страны выпустило очередной пресс-релиз, в котором рассказало о работе над еще одной установкой против беспилотников. Эксперты считают, что это оружие — альтернатива дорогостоящим ракетам. Стоимость выстрела из него составит чуть больше 10 центов.

17 мая
Ольга Иванова

Умение пользоваться орудиями труда у морских выдр известно давно, однако реальную пользу для их организма измерить непросто. Американские ученые впервые узнали, какие преимущества дает выдрам такой подход. Особенно это касается самок.

24 апреля
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

[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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: