Ученые создали модель безопасной работы ядерных реакторов будущего

Российские ученые разработали математическую модель, которая позволяет обеспечить безопасную работу ядерных реакторов на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.

Эти реакторы являются перспективными с точки зрения развития атомной энергетики и отличаются от традиционных реакторов на тепловых нейтронах, где вода используется в качестве теплоносителя.

По мнению ученых МФТИ, для эффективной работы реакторов на быстрых нейтронах необходимы альтернативные виды теплоносителей, которые не замедляют нейтроны, в отличие от воды. Это позволит повысить эффективность и безопасность работы ядерных установок.

Создание такой математической модели открывает новые перспективы для развития ядерной энергетики и позволяет ученым более точно прогнозировать работу реакторов на быстрых нейтронах. Результаты исследования могут стать важным шагом в области безопасной и устойчивой энергетики на мировом уровне.

Исследования в области теплоносителей для ядерных реакторов продолжаются, и одним из перспективных вариантов является использование тяжелого жидкометаллического расплава свинец-висмут. Однако, стоит отметить, что этот вариант имеет свои сложности. Например, свинец-висмут агрессивно взаимодействует со стальными элементами реактора, растворяя их при прямом контакте.

Для защиты металлических элементов от вредного воздействия теплоносителя, в него добавляется небольшое количество кислорода. Этот элемент создает на поверхности стали защитную пленку, которая предотвращает растворение материала. Однако, важно учитывать, что слишком толстая оксидная пленка может вызвать перегрев активной зоны реактора, что может негативно сказаться на процессе ядерной реакции.

Более тщательные исследования необходимы для оптимизации использования тяжелых жидкометаллических расплавов в ядерных реакторах. Разработка методов контроля и поддержания оптимальной толщины оксидной пленки на стальных элементах реактора является ключевым аспектом обеспечения безопасности и эффективности работы ядерной установки.

Изучение технологии обращения с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями (ТЖМТ) является ключевым аспектом для обеспечения эффективной и безопасной работы реакторов с использованием данного типа теплоносителей.

В рамках совместного проекта МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН была разработана модель, которая позволила более подробно и последовательно объяснить коррозионные процессы, включая растворение оксидной пленки, без необходимости учитывать дополнительные явления, такие как эрозия оксидного слоя в потоке теплоносителя.

Эта модель открывает новые перспективы для улучшения понимания и контроля процессов, происходящих при взаимодействии ТЖМТ с окружающей средой, что в свою очередь способствует повышению безопасности и эффективности работы реакторов.

Последние научные открытия в области тяжелометаллических теплоносителей приближают нас к пониманию процессов, которые ранее оставались загадкой. Этот результат открывает новые перспективы для устранения пробелов в наших знаниях о реакторных установках большой мощности. Начальник группы отдела разработки блока реакторной установки госкорпорации "Росатом" подчеркнул важность этого шага.

Теоретическая модель безопасной эксплуатации реактора на быстрых нейтронах не только ускорит и удешевит процесс экспериментальных исследований конструкций, но и поможет снизить риски при запуске новых проектов. Это значительный прогресс в области ядерной энергетики и безопасности.

"Это важный шаг вперед в нашем стремлении к развитию безопасных и эффективных технологий в ядерной энергетике", - подчеркнул Владислав Николаев, научный сотрудник МФТИ и ОИВТ РАН. Новые данные исследования открывают перед нами новые горизонты в понимании процессов, происходящих в реакторах большой мощности.

Исследование коррозионных процессов требует не только много времени и тестирования на специализированных стендах, но и глубоких знаний в области физики конденсированного состояния. Эту точку зрения подтверждает Даниил Колотинский, научный сотрудник МФТИ и ОИВТ РАН, специализирующийся на суперкомпьютерных методах.

По словам ученого, разработанная им модель отличается от мировых аналогов тем, что не требует предварительной оптимизации на основе результатов коррозионных экспериментов. Скорее, она использует известные термодинамические данные и коэффициенты массопереноса для прогнозирования поведения внешнего слоя оксидной пленки в различных условиях коррозии.

Важно отметить, что такой подход позволяет значительно ускорить процесс исследования коррозионных процессов и повысить точность прогнозирования. Это открывает новые перспективы для разработки более эффективных методов защиты от коррозии и повышения долговечности материалов.

В рамках стратегического отраслевого проекта "Прорыв" "Росатом" строит на площадке своего "Сибирского химического комбината" в Северске Томской области опытно-демонстрационный энергетический комплекс IV поколения на основе инновационной реакторной установки на быстрых нейтронах и свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 мощностью 300 МВт.

Исследователи в МФТИ активно работают над обобщением модели на случай неоднородных оксидных пленок и локальных видов коррозионных процессов. Этот шаг позволит значительно расширить границы применимости модели и приблизить их к реальным условиям эксплуатации конструкционных материалов в реакторных установках на быстрых нейтронах.

Одной из ключевых целей исследования является улучшение эффективности и безопасности энергетических комплексов нового поколения. Разработка инновационных реакторных установок на быстрых нейтронах и использование свинцового теплоносителя открывают новые перспективы в области ядерной энергетики и позволяют снизить риски эксплуатации.

Проект "Прорыв" представляет собой амбициозную инициативу в области атомной энергетики, направленную на создание новой технологической платформы с замкнутым ядерным топливным циклом. Центральным элементом этого проекта будет замыкающий ядерный топливный цикл пристанционный завод, включающий модуль переработки облученного ядерного топлива реактора БРЕСТ и модуль по производству такого топлива.

Этот инновационный комплекс объектов, объединенных в ОДЭК, представляет собой новое качество атомной генерации будущего. Он будет демонстрировать устойчивую работу полного пристанционного комплекса, обеспечивающего замкнутый ядерный топливный цикл. Реализация проекта "Прорыв" призвана обеспечить лидерство российских технологий в мировой атомной энергетике. Этот комплекс будет способствовать созданию безопасной, экологичной, ресурсосберегающей и конкурентоспособной атомной энергетики.

Источник и фото - ria.ru