Ученые создали модель безопасной работы ядерных реакторов будущего

Российские ученые создали математическую модель безопасной работы ядерных реакторов на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, открывая новые перспективы для развития атомной энергетики.

Эта новая технология представляет собой значительный шаг вперед в области ядерной энергетики и может стать ключом к более эффективному и безопасному производству энергии.

Согласно пресс-службе Московского физико-технического института (МФТИ), реакторы на быстрых нейтронах требуют альтернативных теплоносителей, которые не замедляют нейтроны, в отличие от воды, используемой в реакторах на тепловых нейтронах. Это открывает новые горизонты для исследований в области ядерной физики и инженерии.

Благодаря новой математической модели, ученые смогут более точно прогнозировать и контролировать процессы, происходящие в ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Это позволит повысить безопасность работы энергетических установок и сделать их более эффективными в использовании ресурсов.

В поисках идеального теплоносителя для реакторов ядерных установок одним из вариантов является тяжелый жидкометаллический расплав свинец-висмут. Однако использование этого материала сталкивается с проблемой его агрессивного взаимодействия со стальными элементами реактора, что приводит к их растворению при прямом контакте.

Для защиты металлических элементов от разрушительного воздействия теплоносителя в него добавляется небольшое количество кислорода, который формирует защитную пленку на поверхности стали. Однако, если оксидная пленка окажется слишком толстой, это может привести к перегреву активной зоны - "сердца" реактора, где происходит ядерная реакция.

Поэтому важно тщательно контролировать процесс формирования оксидной пленки на стали, чтобы обеспечить безопасную и эффективную работу ядерной установки. Такие технологии защиты металлических элементов от воздействия теплоносителя играют ключевую роль в обеспечении надежности и долговечности ядерных реакторов.

Технология обращения с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями (ТЖМТ) играет ключевую роль в обеспечении стабильной и безопасной работы ядерных реакторов с использованием ТЖМТ. Эффективное управление этой технологией требует глубокого понимания процессов, происходящих в реакторе.

В рамках совместного проекта МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН была разработана модель, которая позволила более детально и последовательно объяснить коррозионные процессы, возникающие при взаимодействии ТЖМТ с окружающей средой. Эта модель помогла исследователям лучше понять механизмы растворения оксидной пленки и исключить влияние дополнительных факторов, таких как эрозия оксидного слоя в потоке теплоносителя.

Изучение коррозионных процессов в системах с ТЖМТ имеет важное значение для обеспечения долговечности и надежности работы ядерных установок. Понимание этих процессов позволяет разрабатывать эффективные методы контроля и предотвращения разрушений, обеспечивая безопасность и эффективность работы реакторов.

Важным достижением в исследованиях тяжелометаллических теплоносителей стал результат, который открывает новые перспективы для устранения пробелов в понимании процессов. Об этом сообщил Владислав Николаев, начальник группы отдела разработки блока реакторной установки крупной мощности НИКИЭТ и научный сотрудник МФТИ и ОИВТ РАН. Теоретическая модель безопасной эксплуатации реактора на быстрых нейтронах не только ускорит, но и удешевит процесс экспериментальных исследований конструкций перед их запуском. Это открывает новые возможности для развития ядерной энергетики и повышения безопасности ядерных установок.

Исследования в области коррозии требуют огромного количества времени и тестирования на специальных стендах. Об этом подчеркнул Даниил Колотинский, научный сотрудник лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ и ОИВТ РАН. Он отметил, что разработанная ими модель не нуждается в предварительной оптимизации на основе коррозионных экспериментов. Скорее, она использует термодинамические данные и коэффициенты массопереноса для прогнозирования поведения оксидной пленки в условиях коррозии.

Это подходит, по словам Колотинского, отличается от мировых аналогов и позволяет более точно предсказывать процессы, происходящие с оксидной пленкой. Такой подход значительно упрощает процесс исследования коррозии и позволяет получать более достоверные результаты. Кроме того, он открывает новые возможности для разработки более эффективных методов защиты от коррозии в различных промышленных сферах.

Эксперты МФТИ планируют обобщить модель на случай неоднородных оксидных пленок и локальных видов коррозионных процессов в ближайших исследованиях. Это позволит значительно расширить область применимости модели и более точно приблизить её к реальным условиям эксплуатации материалов в реакторных установках на быстрых нейтронах.

Важным шагом в этом направлении является строительство опытно-демонстрационного энергетического комплекса IV поколения на базе инновационной реакторной установки на быстрых нейтронах и свинцовом теплоносителе БРЕСТ-ОД-300 мощностью 300 МВт на площадке "Сибирского химического комбината" в Северске Томской области в рамках стратегического отраслевого проекта "Прорыв" от "Росатома".

Этот проект представляет собой важный шаг в развитии ядерной энергетики, который позволит улучшить безопасность и эффективность работы ядерных реакторов нового поколения.

Проект "Прорыв" представляет собой амбициозную инициативу по созданию новой технологической платформы в атомной отрасли. Целью проекта является разработка замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) на основе реакторов на быстрых нейтронах. Одним из ключевых элементов этой платформы является замыкающий ядерный топливный цикл пристанционный завод, включающий модуль переработки облученного ядерного топлива реактора БРЕСТ и модуль по производству такого топлива.

Этот инновационный подход позволит России укрепить свои позиции в мировой атомной энергетике и обеспечить лидерство в области ядерных технологий. ОДЭК, который будет включен в состав проекта, станет первым в мире полным пристанционным комплексом объектов, обеспечивающих ЗЯТЦ. Это откроет новую эру в атомной генерации, где безопасность, экологическая чистота, ресурсосбережение и конкурентоспособность будут на высшем уровне.

Источник и фото - ria.ru