Исследование ученых Национального исследовательского ядерного университета (НИЯУ) МИФИ в составе научной группы поможет ускорить проектирование жидкосолевых реакторов.
Концепция появилась еще в 1960-х годах, но промышленная технология изготовления таких реакторов в полной мере не реализована до сих пор. Топливо для них состоит из носителя – смеси расплавленных фтористых солей – и растворенного в нем делящегося материала. Расплавы солей должны иметь низкую температуру плавления, небольшую коррозионную активность, высокую теплоемкость и электропроводность, низкую вязкость.
«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», – рассказал профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ Михаил Маслов.
Самодиффузия – это процесс перемещения молекул среди себе подобных. По мнению ученых, полученные результаты исследования помогут проектировать жидкосолевые реакторы и моделировать их работу.
В качестве солей-носителей исследователи обычно рассматривают смеси фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, таких как литий и берриллий. Есть и альтернатива: вместо фторидов бериллия использовать фтриды натрия и калия. Оба расплава имеют подходящие физико-химические свойства. Однако смеси бериллия требуют особого обращения из-за своей токсичности. Поэтому физики сегодня активно изучают другой вариант, в котором используются фториды лития, калия и натрия.
Ученые НИЯУ МИФИ в составе научной группе проанализировали кинетические свойства этой смеси, которая содержит также фториды церия и неодима, в интервале, охватывающем рабочие температуры жидкосолевого реактора. Исследователи должны были 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.
Выполняя компьютерное моделирование в рамках метода молекулярной динамики, ученые применяли многомасштабный подход.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Physical Chemistry.
