МОСКВА, 31 января. /ТАСС/. Исследователи из России построили теоретическую модель, которая описывает процесс формирования защитной пленки на поверхности стали при ее контакте с металлическим теплоносителем в новом поколении ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Об этом во вторник сообщила пресс-служба Московского Физтеха (МФТИ).
"Растворение стали при контакте с теплоносителем особенно опасно на топливных элементах в активной зоне ядерного реактора. При растворении оболочки ТВЭЛа может произойти выход ядерного топлива в теплоноситель. В связи с этим, безусловно, очень важно понимать, насколько эффективна защита формирующейся оксидной пленки", - сообщил научный сотрудник МФТИ (Долгопрудный) Владислав Николаев, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Российские и зарубежные ученые в последние годы активно работают над созданием атомных реакторов на быстрых нейтронах, в которых роль теплоносителя играет жидкий расплав свинца и висмута. Он позволяет переносить большие количества тепла и эффективно охлаждать активную зону реактора, но при этом этот расплав несет угрозу для стальных труб и других компонентов системы охлаждения реактора.
По словам исследователей, это связано с тем, что расплав свинца и висмута способен в буквальном смысле растворять различные компоненты стали, что может привести к появлению дыр в контуре охлаждения и к утечке расплава в активную зону. Для предотвращения этого сценария разработчики ядерных реакторов на быстрых нейтронах добавляют в теплоноситель небольшие количества кислорода, который взаимодействует со сталью и ведет к появлению защитной оксидной пленки на ее поверхности.
Защита реактора от утечек теплоносителя
Николаев и его коллеги по МФТИ, а также специалисты Объединенного института высоких температур РАН, разработали первую теоретическую модель, которая описывает процесс формирования этой планки на поверхности стали при ее контакте с расплавленным теплоносителем. Как отмечают исследователи, созданный ими подход учитывает физико-химические процессы, которые обусловливают образование оксидной пленки, что отличает его от предшественников.
"В модель мы заложили уравнения переноса и химические реакции, которые описывают транспорт кислорода и железа через оксидную пленку. Для проверки предсказательной способности модели мы сравнили зависимость толщины оксидной пленки от времени, которую дает наша модель и экспериментальные данные. Результаты сравнения показали, что разработанная модель может использоваться для предсказания скорости роста оксидной пленки на поверхности стали", - пояснил младший научный сотрудник МФТИ (Долгопрудный) Даниил Колотинский, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как отмечают исследователи, сейчас их разработку можно применять для изучения формирования сплошных и однородных защитныхе пленкок на поверхности стальных конструкций. В ближайшее время исследователи планируют усовершенствовать разработанную теоретическую модель, что позволит просчитывать при ее помощи неоднородные оксидные пленки.
По словам ученых, эту задачу важно решить для изучения того, что происходит со сталью при реальной эксплуатации нового поколения реакторов на быстрых нейтронах. Уже сейчас исследователи проводят все необходимые расчеты на базе ресурсов суперкомпьютерного центра ОИВТ РАН.