Российские ученые совершили открытие в области перспективных теплоносителей для ядерных реакторов

Исследователи из НИЯУ МИФИ совместно с учеными из Института высокотемпературной электрохимии РАН и Уральского федерального университета изучили перспективный теплоноситель для ядерного реактора, представляющий собой смесь расплавленных солей - фторидов щелочных металлов и лантаноидов. Работа опубликована в международном журнале Journal of Molecular Liquids.

Профессор кафедры физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ Константин Катин пояснил, что смесь расплавленных фторидов щелочных металлов и лантаноидов является перспективным теплоносителем для ядерных реакторов нового типа.

"В отличие от традиционных теплоносителей, расплавленные соли могут достигать высокой температуры, выше 700 градусов Цельсия, при нормальном давлении, что обеспечивает высокий КПД реактора. Согласно термодинамике, чем выше температура, тем выше КПД. Отсутствие высокого давления значительно упрощает и удешевляет конструкцию реактора, а также делает его безопасным. Кроме того, жидкое топливо можно добавлять в активную зону по мере необходимости, не останавливая реактор, что исключает вероятность сильного взрыва", –  пояснил он.

Катин также отметил еще одно преимущество реакторов на расплавах солей: они могут быть использованы для "дожигания" радиоактивных отходов. Один из таких реакторов в настоящее время строится Росатомом в Железногорске.

По словам ученого, для применения расплавленных солей необходимо знать их физико-химические параметры, такие как вязкость и теплопроводность. Однако прямое измерение этих параметров затруднено из-за высокой температуры и радиоактивности смеси. Компьютерное моделирование для лантаноидов также представляет собой сложную задачу по сравнению с моделированием для легких элементов.

"Мы провели многомасштабное моделирование смеси фторидов лития, натрия, калия, лантана и неодима. Используя релятивистские псевдопотенциалы для лантаноидов, мы определили законы их взаимодействия друг с другом и с другими атомами на основе первых принципов квантовой механики. Собранные данные позволили нам подобрать параметры классического потенциала, в которые удалось 'спрятать' всю сложность квантовой механики. Это дало возможность провести классическое молекулярно-динамическое моделирование, чтобы исследовать процессы теплопереноса в расплаве", - рассказал исследователь.

Катин пояснил, что механизм теплопереноса в расплавах сильно отличается от обычного фононного механизма, характерного для твердых тел. Частично тепло может передаваться за счет кратковременных ионных связей, продолжительность которых составляет десятки и сотни пикосекунд, а также электромагнитными волнами, возникающими при колебаниях ионов и поглощаемыми расплавом. С помощью моделирования ученые определили зависимость теплопроводности и вязкости смеси от ее состава в температурном диапазоне 750-1020 К, который соответствует рабочей температуре теплоносителя в реакторе.

]]>