Кузина Ю.А., Сорокин А.П.
В статье изложены результаты выполненных в ГНЦ РФ – ФЭИ экспериментальных и аналитических исследований в области физической химии, массопереноса, технологии и инновационных приложений щелочных жидкометаллических теплоносителей. Сформулированы задачи дальнейших исследований. Обоснован комплексный подход к изучению теплоносителей как сложной многокомпонентных гетерогенной системы, состояние которой определяется взаимодействием теплоноситель – примеси – конструкционные (технологические) материалы – защитный газ. Термодинамический анализ и экспериментальные исследования свойств теплоносителей и кинетики их взаимодействия с воздухом, водой, водородом, конструкционными и технологическими материалами определили источники примесей и их интенсивность. Показано, что для температурных параметров современных ЯЭУ требуемая концентрация примесей в натрии и сплаве натрий-калий может быть обеспечена при очистке теплоносителей холодными ловушками. Более глубокая очистка теплоносителей, необходимая при использовании в высокотемпературных установках ниобия, вольфрама, ванадия, тантала достигается геттерами (горячие ловушки). Этот метод может быть применён и при ограничении весогабаритных характеристик, например, для ЯЭУ космического назначения. Предложена и обоснована принципиально новая комбинированная система очистки от примесей для высокотемпературной ЯЭУ для производства водорода с температурой натриевого теплоносителя ~ 900 °С. В результате освоения щелочных жидкометаллических теплоносителей жидкометаллическая технология предложена в различных технических приложениях: натрий – на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, натрий и натрий-калий – в металлургической и химической промышленности; натрий-калий, цезий, литий – в установках космического назначения; литий – в реакторах синтеза – термоядерных реакторах.
1. 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». Обнинск: ГНЦ РФ –ФЭИ, 2015. С. 24–51.
2. Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллических теплоносителей. М.: Атомиздат, 1970.
3. Козлов Ф.А., Волчков Л.Г., Кузнецов Э.К., Матюхин В.В. Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ. Очистка от примесей и их контроль. М.: Энергоатомиздат, 1983.
4. Субботин В.И. Арнольдов М.Н., Козлов Ф.А., Шимкевич А.Л. Жидкометаллические теплоносители для ядерной энергетики. Атомная энергия, 2002, том 92, вып. 1, с. 31–42.
5. Субботин В.И., Арнольдов М.Н., Ивановский М.Н., Мосин А.А., Тарбов А.А. Литий. М.: ИздАТ, 1999.
6. Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Сорокин А.П. Развитие технологии натрия как теплоносителя быстрых реакторов. Атомная энергия, 2014, том 116, вып. 4, с. 228–234.
7. Поплавский В.М., Ефанов А.Д., Козлов Ф.А, Сорокин А.П. Натрий – теплоноситель для быстрых реакторов. Атомная энергия, 2010, том 108, вып. 4, с. 222–230.
8. Зотов В.В., Иванов В.А., Старков О.В., Краев Н.Д. Коррозия конструкционных материалов в жидких щелочных металлах. М.: Атомиздат, 1977.
9. Алексеев В.В., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Варсеев Е.В., Орлова Е.А., Торбенкова И.Ю. Массо-перенос и коррозия стали в натрии при высоких концентрациях водорода. Теплоэнергетика, 2015, № 10, с. 72–80.
10. Алексеев В.В. Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Моделирование массопереноса (модели, константы, коды) в контурах с натриевым теплоносителем. Труды Российско-французского совещания «Технология реакторов на быстрых нейтронах». Обнинск, 2018.
11. Алексеев В.В., Ефанов А.Д, Козлов Ф.А., Сорокин А.П. Теплогидравлика, физическая химия и технология на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Теплоэнергетика, 2007, № 12, с. 2–9.
12. Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Коновалов М.А. Системы очистки натрия АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (ретроспективно-перспективный взгляд). Известия вузов. Ядерная энергетика, 2015, № 3, с. 5–19.
13. 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.
14. 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.
15. Пупко В.Я. История работ по летательным аппаратам на ядерной энергии для космических и авиационных установок в ГНЦ РФ – ФЭИ. Обнинск: ФЭИ, 2002.
16. Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Ковалев Ю.П., Кумаев В.Я., Матюхин Н.М., Орлова Е.А., Пирогов Э.П., Сорокин А.П., Щербаков С.И. Исследования в обоснование системы очистка натрия для быстрых реакторов. Атомная энергия, 2012, вып. 1, с. 18–24.
17. Козлов Ф.А., Коновалов М.А., Сорокин А.П. Очистка геттерами жидкометаллических систем с натриевым теплоносителем от кислорода. Теплоэнергетика, 2016, № 5, с. 63–69.
18. Козлов Ф.А., Багдасаров Ю.Е., Круглов А.С. История создания и научно-технический вклад БР-5, -10 в разработку быстрых натриевых реакторов. Атомная энергия, 2009, том 106, вып. 3, с. 134–141.
19. Чечёткин Ю.В., Кизин В.Д., Поляков В.И. Радиационная безопасность АЭС с быстрым реактором и натриевым теплоносителем. М.: Энергоатомиздат, 1983.
20. Соболев А.М., Краснояров Н.В. Стойкость образцов графита в потоке натриевого теплоносителя. Атомная энергия, 2009, том 106, вып. 3, с. 47–50.
21. Рыбин А.А., Соболев А.М. Испытания фильтрующих пористых материалов. Атомная энергия, 2009, том 106, вып. 3, с. 34–48.
22. Блохин В.А., Борисов В.В., Камаев А.А., Кухарчук О.Ф. Мешакин В.И., Пахомов И.А., Поплавский В.М., Суворов А.А., Труфанов А.А. Датчики для внутриреакторного контроля водорода и кислорода в натрии. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2017, вып. 4, с. 5–14.
23. Орлов В.В., Пономарев Л.И. Ядерные проблемы термоядерной энергетики. Атомная энергия, 2018, том 124, вып. 2, с. 105–113.
24. Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Богословская Г.П., Иванов А.П., Коновалов М.А., Морозов А.В., Орлова Е.А., Стогов В.Ю. Высокотемпературная ядерная энерготехнология на основе быстрых реакторов с натриевым теплоносителем для производства водорода. Атомная энергия, 2014, том 116, вып. 4, с. 194–204.
25. Левченко Ю.Д., Орлов Ю.И., Сорокин А.П., Ефанов А.Д., Иванов Е.Ф., Богословская Г.П., Денисова Н.А. Теплогидравлика свинцово-висмутовой мишени мишенного комплекса мощностью 0,6 МВт. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2014. С. 331–365.
26. Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Ягодкин И.В. Физические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1978.
27. Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Чулков Б.А., Ягодкин И.В. Технологические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1980.
28. Логинов Н.И. Не только жидкие, но и парообразные. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2001.
29. Рачков В.И., Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Григоров В.В., Логинов Н.И., Мельников В.П., Михеев А.С., Портяной А.Г., Сердунь Е.Н., Сорокин А.П., Стороженко А.Н., Ульянов В.В., Ягодкин И.В. Инновационные технологии, развиваемые в ГНЦ РФ – ФЭИ. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2014, № 1, с. 16–38.
30. Сорокин А.П., Сердунь Е.Н., Баранов С.В., Кабанов Р.И., Мальцев В.Г., Митрошин В.Г., Полионов В.П., Портяной А.Г. Изучение закономерностей преобразования энергии в гетерогенных конденсированных средах типа капиллярно-пористое тело – несмачивающая жидкость. Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Калуга, 2009, с. 152–165.
31. Орлова Е.А., Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Сорокин А.П., Дробышев А.В., Засорин И.И., Жмурин В.Г., Торбенкова И.Ю., Загребаев С.А., Орлов М.А., Волов А.Н., Козлова Н.А. Технология получения кремния из отходов фосфатного производства (Na2SiF6) газофазным методом с использованием натриевого стенда. Труды Межведомственного семинара «Теплофизика – 2009». Обнинск, 2009, с. 175–188.
32. Рачков В.И., Арнольдов М.Н., Ефанов А.Д., Калякин С.Г., Козлов Ф.А., Логинов Н.И., Орлов Ю.И., Сорокин А.П. Использование жидких металлов в ядерной, термоядерной энергетике и других инновационных технологиях. Теплоэнергетика, 2014, № 5, с. 20–30.
33. Poplavsky V.M., Efanov A.D., Kozlov F.A., Orlov Yu.I., Sorokin A.P. Liquid metal coolants technology for fast reactors. Journal of Materials Science and Engineering, 2011, vol. 1, no. 7, pp. 913–928.
34. Поплавский В.М., Ефанов А.Д., Козлов Ф.А, Орлов Ю.И., Сорокин А.П., Корольков А.С., Штында Ю.Е. Технология жидкометаллических теплоносителей для быстрых реакторов. Труды международной конференции по быстрым реакторам и замкнутым топливным циклам: искусство и возможности (FR09). Киото, Япония, 2009, 16 с.
