Исследования физхимии и технологии щелочных жидкометаллических теплоносителей для ядерных и термоядерных энергетических установок

23.09.2022 2022 - №03 Актуальные проблемы ядерной энергетики

А.П. Сорокин Ю.А. Кузина Р.Ш. Асхадуллин В.В. Алексеев

https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.01

Показано, что в результате освоения щелочных жидкометаллических теплоносителей (натрия, эвтектического сплава натрий-калий, лития, цезия) созданы научные основы их применения в ядерной энергетике. Представлены данные исследований теплофизических, нейтронно-физических и физико-химических свойств и характеристик различных щелочных жидкометаллических теплоносителей, содержания твердофазных и растворенных примесей в теплоносителях, массопереноса примесей в циркуляционных контурах со щелочными жидкометаллическими теплоносителями, разработки систем очистки от примесей и контроля содержания примесей в щелочных жидкометаллических теплоносителях. Щелочные жидкометаллические теплоносители рассматриваются как часть системы, содержащей конструкционный материал, контактирующий с теплоносителем, газовое пространство, компенсирующее температурное расширение теплоносителя. Состояние системы определяется физико-химическими свойствами компонентов системы. При этом теплоноситель и конструкционные материалы также представляют собой подсистемы, состоящие из основного материала, теплоносителя и примесей, содержащихся и в материале, и в теплоносителе. Показано, что для каждого щелочного жидкометаллического теплоносителя существует свой набор примесей, определяющих его технологию. Он зависит от физико-химических свойств раствора примесей и компонентов конструкционных материалов в теплоносителе. Сформулированы задачи дальнейших исследований щелочных жидкометаллических теплоносителей, которые вытекают из необходимости повышения экономичности, экологичности, надежности, безопасности и продления ресурса действующих и создаваемых ядерных энергетических установок. Щелочные жидкие металлы перспективны для использования в термоядерной энергетике не только как теплоносители, но и среды, воспроизводящие тритий. К ним относятся, прежде всего, литий и его эвтектический сплав со свинцом (17% ат. лития). Сравнивается возможность использования в качестве теплоносителя в бланкете международного термоядерного энергетического реактора лития и сплава лития со свинцом.

Ссылки

1. Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллических теплоносителей. – М.: Атомиздат, 1970. – 296 с.
2. Козлов Ф.А., Волчков Л.Г., Кузнецов Э.К., Матюхин В.В. Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ. Очистка от примесей и их контроль. / Под ред. Ф.А. Козлова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 128 с.
3. Субботин В.И., Арнольдов М.Н., Ивановский М.Н, Мосин А.А., Тарбов А.А. Литий. – М.: ИздАТ, 1999. – 263 с.
4. Арнольдов М.Н., Логинов Н.И. Жидкометаллические теплоносители термоядерных установок. / Сб. докл. Межотраслевой тематической конференции «Теплогидравлические аспекты безопасности ЯЭУ с реакторами на быстрых нейтронах (Теплофизика – 2005)». Доклад № 3.19. – Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2005. – 7 с.
5. Ефанов А.Д., Козлов Ф.А., Рачков В.И., Сорокин А.П., Черноног В.Л. Научная школа ГНЦ РФ – ФЭИ «Тепло- и массоперенос, физическая химия и технология теплоносителей в энергетических системах». / Науч.-техн. сб. «Итоги научно-технической деятельности института ядерных реакторов и теплофизики за 2014 г.» под ред. А.П. Сорокина, А.А. Труфанова, Т.Н. Верещагиной. – Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2015. – С. 24-51.
6. Рачков В.И., Арнольдов М.Н., Ефанов А.Д. и др. Использование жидких металлов в ядерной, термоядерной энергетике и других инновационных технологиях. // Теплоэнергетика. – 2014. – № 5. – С. 20-30. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040363614050087 .
7. Пономарев-Степной Н.Н. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с замкнутым ядерным топливным циклом на основе БН и ВВЭР. // Атомная энергия. – 2016. – Т. 120. – Вып. 4. – С. 183-191. Электронный ресурс: http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t120-4_2016/go,3/ (дата доступа 30.01.2022).
8. Асхадуллин Р.Ш., Арнольдов М.Н., Игнатьев В.В. Жидкие металлы и солевые растворы в термоядерной энергетике. – М.: ИздАТ, 2021. – 160 с.
9. Теплофизическая стендовая база атомной энергетики России и Казахстана. / Под ред. В.А. Першукова, А.В. Архангельского, О.Е. Кононова, А.П. Сорокина. – Саров: ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ», 2016. – 160 с.
10. Кириллов П.Л., Терентьева М.И., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. / Уч.-справ. пособ. под общ. ред. проф. П.Л. Кириллова, изд. 2-е. – М.: ИздАт, 2007. – 194 с.
11. Шпильрайн Э.Э., Якимович К.А., Тоцкий Е.Е. и др. Теплофизические свойства щелочных металлов. – М.: Издательство стандартов, 1970. – 488 с.
12. Быстров П.И., Каган Д.Н., Кречетова Г.А., Шпильрайн Э.Э. Жидкометаллические теплоносители тепловых труб и энергетических установок. – М.: Наука, 1988. – 263 с.
13. Handbook of Thermodynamic and Transport Properties of Alkali Metals. / Ed. R.W. Ohse. – Oxford: Blackwell Scientific Publ., 1985. – 987 p.
14. Алексеев В.В., Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Моделирование массопереноса продуктов коррозии стали в контурах с натрием. // Атомная энергия. – 2019. – Т. 127. – Вып. 5. – С. 246-250.
15. Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Сорокин А.П. Развитие технологии натрия как теплоносителя быстрых реакторов // Атомная энергия. – 2014. – Т. 116. – Вып. 4. – С. 228-234. Электронный ресурс: http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t116-4_2014/go,49/ (дата доступа 30.01.2022).
16. Козлов Ф.А., Коновалов М.А., Сорокин А.П. Очистка геттерами жидкометаллических систем с натриевым теплоносителем от кислорода. // Теплоэнергетика. – 2016. – № 5. – С. 63-69. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040363616050040 .
17. Алексеев В.В., Ковалёв Ю.П., Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Кумаев В.Я., Кондратьев А.С., Матюхин В.В., Пирогов Э.П., Сергеев Г.П., Сорокин А.П., Торбенкова И.Ю. Системы очистки АЭС с реактором БН-1200. // Теплоэнергетика. – 2013. – № 5. – С. 1-12.
18. Козлов Ф.А., Калякин С.Г., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Труфанов А.А., Коновалов М.А., Орлова Е.А. Особенности технологии очистки от примесей высокотемпературного натриевого теплоносителя в быстром реакторе для производства водорода и других инновационных применений. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 4. – С. 114-124. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.11 .
19. Чечёткин Ю.В., Кизин В.Д., Поляков В.И. Радиационная безопасность АЭС с быстрым реактором и натриевым теплоносителем. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 124 с.
20. Блохин В.А., Борисов В.В., Камаев А.А. и др. Датчики для внутриреакторного контроля водорода и кислорода в натрии // ВАНТ. Серия: «Ядерно-реакторные константы». – 2017. – Вып. 4. Электронный ресурс: https://vant.ippe.ru/year2017/4/thermal-physics-hydrodynamics/1403-1.html (дата доступа 30.01.2022).

ядерные энергетические установки термоядерные реакторы щелочные жидкие металлы физико-химические характеристики, массоперенос контроль содержания примесей

Ссылка для цитирования статьи: Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Асхадуллин Р.Ш., Алексеев В.В. Исследования физхимии и технологии щелочных жидкометаллических теплоносителей для ядерных и термоядерных энергетических установок. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2022. – № 3. – С. 5-17. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2022.3.01 .