© РИА Новости / Евгений Биятов
Исследование, проведенное учеными НИЯУ МИФИ в составе научной группы, поможет ускорить проектирование жидкосолевых реакторов.
Одним из перспективных направлений развития ядерной энергетики является создание жидкосолевых реакторов. Их концепция была разработана 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 литий и берриллий (LiF-BeF2 (FLiBe). Альтернативой является использование вместо фторидов бериллия - фторидов натрия и калия. Оба расплава обладают подходящими физико-химическими свойствами. Однако смеси бериллия требуют особого обращения из-за токсичности. По этой причине, а также из-за высокой растворимости делящихся материалов сейчас ученые активно изучают возможность использовать другой вариант, в котором используются фториды лития, калия и натрия.
Однако кинетические характеристики этой альтернативной смеси на сегодняшний день недостаточно изучены, что приводит к затруднениям при проектировании и эксплуатации ядерной установки с использованием этой солевой смеси.
Именно поэтому ученые НИЯУ МИФИ в составе научной группы проанализировали кинетические свойства данной смеси фторидов лития, натрия и калия, содержащей также фториды церия и неодима, в температурном интервале, охватывающем рабочие температуры жидкосолевого реактора. Задачей исследователей было доказать, что менее опасные фториды лантанидов (цезия и неодима) могут заменить фториды актиноидов (тория и урана) в солевом расплаве, 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.
«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. 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.
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.
По мнению ученых, полученные результаты исследования позволят использовать в их ходе разработанные межатомные потенциалы и полученные данные для проектирования жидкосолевых реакторов и моделирования их функционирования.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Physical Chemistry (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.2c06915).
Источник информации: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Источник фото: ria.ru
