EDN: XOQJBT
Авторы
Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Алексеев В.В., Асхадуллин Р.Ш., Денисова Н.А.
Организация
Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Сорокин А.П. – главный научный сотрудник, доктор технических наук. Контакты: 249033, Обнинск, Калужская обл., пл. Бондаренко, д. 1. Тел.: (484) 399-70-00 (доб. 84-47); e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Кузина Ю.А. – начальник отделения ядерной энергетики, кандидат технических наук.
Алексеев В.В. – главный научный сотрудник, доктор технических наук.
Асхадуллин Р.Ш. – начальник департамента физико-химических технологий, кандидат технических наук.
Денисова Н.А. – ведущий научный сотрудник.
Аннотация
Изложены результаты исследований, выполненных в АО «ГНЦ РФ – ФЭИ», физических, теплофизических, физико-химических свойств и процессов технологии жидкометаллических теплоносителей, а также практический опыт их использования в атомной энергетике, термоядерной и других инновационных технологиях, сформулированы направления дальнейших исследований. Перечень жидких металлов и их сплавов, применяемых или рассматривающихся как перспективные в атомной энергетике, выглядит довольно широко – это натрий, сплав натрия и калия, литий, калий, цезий, свинец, сплав свинца и висмута. Показано, что к настоящему времени накоплен большой опыт обращения с жидкими металлами в качестве теплоносителей, обширные знания физических, теплофизических и физико-химических свойств. В результате разработаны научные основы и комплекс методов и средств обращения с жидкими металлами – теплоносителями ЯЭУ. Созданы прототипы и энергоблоки АЭС с натрием: БР-10, БОР-60, БН-350, БН-600, БН-800 (Россия), «Рапсодия», «Феникс», «Суперфеникс» (Франция), EBR II, FFTF (США), PFR (Великобритания). В России созданы специальные ЯЭУ с Pb-Bi теплоносителем для атомных подводных лодок и Na-K для космических аппаратов «БУК», «ТОПАЗ», не имеющие аналогов в мире. Жидкие металлы, к которым, прежде всего, относятся литий и его сплав со свинцом, являются перспективными для использования в термоядерных установках в качестве теплоносителей и среды, воспроизводящей тритий. Описаны новые результаты исследований по технологии натрия для проекта реактора БН-1200 и технологии Pb-Bi и Pb для проектов реакторов СВБР, БРЕСТ и ускорительно-управляемых систем. Знание микроструктуры металлических расплавов, физико-химических процессов, позволяет рассмотреть возможность корректировки с помощью добавок свойств жидкометаллических теплоносителей. Приведены инновационные технологии, основанные на использовании жидких металлов: тепловые трубы, прямоконтактные парогенераторы, получение различных аэрогелей, чистого полупроводникового кремния из отходов производства минеральных удобрений.
Ключевые слова
атомная энергетика, ядерные энергетические установки, термоядерные установки, жидкие металлы, натрий, натрий-калий, литий, свинец, свинец-висмут, теплофизические, физико-химические процессы, массоперенос, примеси, очистка от примесей, контроль примесей, инновационные технологии
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Субботин В.И. Размышления об атомной энергетике. Санкт-Петербург: ОЭЭП РАН, 1995.
- Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллических теплоносителей. М.: Атомиздат, 1970.
- Пономарев-Степной Н.Н. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с замкнутым ядерным топливным циклом на основе БН и ВВЭР. Атомная энергия, 2016, т. 120, вып. 4, с. 183–191.
- Адамов Е.О., Джалавян А.В., Лопаткин А.В., Молоканов Н.А., Муравьёв Е.В., Орлов В.В., Калякин С.Г., Рачков В.И. и др. Концептуальные положения стратегии развития ядерной энергетики России в перспективе до 2100 г. Атомная энергия, 2012, т. 112, вып. 6, с. 319–330.
- Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Физическое моделирование гидродинамики и теплообмена в быстрых реакторах с жидкометаллическим теплоносителем. Атомная энергия, 2020, т. 128, вып. 5, с. 259–268.
- Козлов Ф.А., Волчков Л.Г., Кузнецов Э.К., Матюхин В.В. Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ. Очистка от примесей и их контроль. Под ред. Ф.А. Козлова. М.: Энергоатомиздат, 1983.
- Жидкие металлы: от первого теплофизического стенда к крупномасштабной атомной энергетике. Сборник статей под ред. А.Д. Ефанова, Ф.А. Козлова. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2001. 130 с.
- Субботин В.И., Арнольдов М.Н., Ивановский М.Н., Мосин А.А., Тарбов А.А. Литий. М.: ИздАТ, 1999.
- Асхадуллин Р.Ш., Арнольдов М.Н., Игнатьев В.В. Жидкие металлы и солевые расплавы в термоядерной энергетике. М.: ИздАТ, 2021. 160 с.
- Арнольдов М.Н., Ивановский М.Н., Логинов Н.И. и др. Разработка технологии лития и сплава натрий-калий для космических ЯЭУ. Сборник статей «ФЭИ – 50 лет». М.: ЦНИИатоминформ, 1996. C. 254–265.
- Громов Б.Ф., Тошинский Г.И., Чекунов В.В. и др. Создание РУ со свинцово-висмутовым теплоносителем для АПЛ. Сборник докладов конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях» (в 2-х т.). Обнинск, 1999, т. 1, с. 14.
- Мартынов П.Н., Орлов Ю.И., Ефанов А.Д. и др. Технология свинцово-висмутового теплоносителя для ЯЭУ. Тепломассоперенос и свойства жидких металлов. Тезисы докладов Российской межотраслевой конференции «Теплофизика-2002». Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2002, т. 1, с. 20.
- Асмолов В.Г., Блинков В.Н., Мелихов О.И., Ефанов А.Д., Сорокин А.П., Строжков В.Ф. Проблемы массопереноса и безопасности в проектах АЭС нового поколения. Сборник докладов на расширенном заседании НТС «Ориентированные фундаментальные исследования в обеспечение инновационных ядерных технологий». Москва, 28 сентября, 2007. М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2007. С. 56–78.
- Ninokata H., Sorokin A., Kirillov P. Comparison of Lead/lead-bismuth as a Coolant and LMFR Safety. Proceeding of 8th International Conference of Nuclear Engineering ICONE-8. Baltimore, USA, April 2–6, 2000, ICONE-8826. 11 p.
- Poplavsky V.M., Efanov A.D., Kozlov F.A., Orlov Yu.I., Sorokin A.P., Korolkov A.S., Shtynda Yu.Ye. Liquid metal coolants technology for fast reactors. Report on the International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles: Challenges and Opportunities (FR09). Kyoto, Japan, December 7–9, 2009, KN-02. 16 p.
- Алексеев В.В., Арнольдов М.Н., Асхадуллин Р.Ш., Гулевич А.В., Дробышев А.В., Ермолаев Н.И., Ефанов А.Д., Загорулько Ю.И., Ивановский М.Н., Кириллов П.Л., Козлов Ф.А., Логинов Н.И., Мартынов П.Н., Матюхин В.В., Орлов Ю.И., Сорокин А.П., Шимкевич А.Л., Югай В.С., Юрьев Ю.С. Жидкие металлы: от первого теплофизического стенда к крупномасштабной атомной энергетике. Сборник статей, под ред. А.Д. Ефанова, Ф.А. Козлова. Обнинск: ФЭИ, 2001. 130 с.
- Субботин В.И. Арнольдов М.Н., Козлов Ф.А., Шимкевич А.Л. Жидкометаллические теплоносители для ядерной энергетики. Атомная энергия, 2002, т. 92, вып. 1, с. 31–42.
- Иванов В.А., Старков О.В. Растворение нержавеющих сталей в потоке лития. Атомная техника за рубежом, 1979, вып. 10, с. 9–13.
- Шимкевич А.Л. Принципы флуктуационной теории неоднородных расплавов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. М.: ОИВТАН, 1997.
- Borgstedt H., Mathews С. Applied Chemistry of Alkali Metals. NY – London: Plenum Press, 1987.
- Поплавский В.М., Козлов Ф.А. Безопасность парогенераторов натрий-вода. М.: Энергоатомиздат, 1990.
- Козлов Ф.А., Иваненко В.Н. Натрий – теплоноситель АЭС с быстрыми реакторами. Атомная энергия, 1996, т 80, вып. 5, с. 337–345.
- ОСТ 95 10582-2003. Натрий реакторной чистоты для реакторов БН. Технические требования и методы контроля примесей.
- Алексеев В.В., Сергеев Г.П., Козуб П.С., Матюхин В.В., Сорокин А.П. Опытный образец прибора ИВА-М для контроля водорода в натриевом теплоносителе. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011, № 3, с. 47–55.
- 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.
- Чечёткин Ю.В., Кизин В.Д., Поляков В.И. Радиационная безопасность АЭС с быстрым реактором и натриевым теплоносителем. М.: Энергоатомиздат, 1983.
- Кизин В.Д., Соболев А.М., Поляков В.И. Подготовка к захоронению радионуклидных ловушек реакторов на быстрых нейтронах. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерная техника и технология, 1991, вып. 6, c. 44–46.
- Соболев А.М., Краснояров Н.В. Стойкость образцов графита в потоке натриевого теплоносителя. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерная техника и технология, 1991, вып. 6, c. 47–50.
- Рыбин А.А., Соболев А.М. Испытания фильтрующих пористых материалов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерная техника и технология, 1991, вып. 1, с. 34–48.
- Алексеев В.В., Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Исследования массопереноса трития в контурах с натриевым теплоносителем. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2024, вып. 1, c. 107–122. Доступно на: https://vant.ippe.ru/year2024/1/radiation-technologies/2450-7.html (дата обращения 05.04.2026).
- Алексеев В.В., Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Исследования массопереноса продуктов коррозии нержавеющей стали в натриевом теплоносителе. Вопросы атомной науки и техники.Серия: Ядерно-реакторные константы, 2025, вып. 4, c. 210–220. EDN: YBBGEY. Доступно на: https://vant.ippe.ru/year2025/4/thermal-physics-hydrodynamics/2766-14.html (дата обращения 05.04.2026).
- Козлов Ф.А., Алексеев В.В. Расчетно-теоретическое обоснование глубокой очистки натрия от трития. Атомная энергия, 1996, т. 80, вып. 4, с. 301–304.
- Алексеев В.В. Массоперенос трития и продуктов коррозии конструкционных материалов в контурах с натриевым теплоносителем. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2002.
- Тошинский Г.И. Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерной энергетике. Сборник докладов V конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2018). Обнинск, ГНЦ РФ – ФЭИ, 8–10 октября 2018. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2018. с. 13–14.
- Orlov Yu., Efanov A., Martinov P. et al. Hydrodynamic Problems of Heavy Liquid Metal Coolants Technology in Loop-Type and Mono Block-Type Reactor Installations. Nuclear Engineering and Design, September 2007, v. 237, issues 15–17, pp. 1829–1837.
- Мартынов П.Н., Чернов М.Е., Стороженко А.Н. и др. Системы контроля кислорода и водорода в газовых контурах и контейнментах АЭС. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011, № 4, с. 27–32. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2011.4.04.
- Асхадуллин Р.Ш. Сорбционная очистка жидкометаллических теплоносителей ядерных энергетических установок (галлий, свинец-висмут, свинец). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук. Обнинск, 1997. 29 с.
- Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Симаков А.А., Ланских В.С., Чабань А.Ю., Мачула Е.А. Твердофазная технология регулирования кислорода в тяжелых жидкометаллических теплоносителях. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2007, № 1, с. 145–151.
- Асхадуллин Р.Ш., Стороженко А.Н., Легких А.Ю. Методы регулирования содержания кислорода в ТЖМТ. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2017, специальный выпуск, c. 79–84. Доступно на: https://vant.ippe.ru/year2017/5/1501-5.html (дата обращения 05.04.2026).
- Алексеев В.В., Арнольдов М.Н., Ефанов А.Д., Козлов Ф.А., Логинов Н.И., Морозов В.А., Сорокин А.П., Шепелев С.Ф. Физическая химия и технология щелочных жидкометаллических теплоносителей: история и современность. Сборник тезисов докладов на межведомственном семинаре «Технология щелочных жидкометаллических теплоносителей (Теплофизика-2009»). Обнинск, ГНЦ РФ – ФЭИ, 11–13 ноября 2009. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2009. С. 7–11.
- Рачков В.И., Поплавский В.М., Цибуля А.М., Багдасаров Ю.Е., Васильев Б.А., Каманин Ю.Л., Осипов С.Л., Кузавков Н.Г., Ершов В.Н., Аширметов М.Р. Концепция перспективного энергоблока с быстрым натриевым реактором БН-1200. Атомная энергия, 2010, т. 108, вып. 4, с. 201–205.
- Васильев Б.А., Васяев А.В., Зверев Д.Л., Шепелев С.Ф., Аширметов М.Р., Ершов В.Н., Онуфриенко С.В., Говердовский А.А., Поплавский В.М., Труфанов А.А., Ошканов Н.Н. Инновационный проект энергоблока БН-1200 как основа эволюционного развития направления БН. Сборник тезисов докладов IV Международной научно-технической конференции «Инновационные проекты и технологии атомной энергетики (МНТК НИКИЭТ – Энергоатомиздат2016)». Москва, АО «НИКИЭТ», 27–30 сентября 2016. М.: Изд-во АО «НИКИЭТ», 2016. С. 38–40.
- Кодочигов Г.Н., Кодочигов Н.Г., Маров И.В., Марова Е.В., Маслов А.М., Петрунин В.В., Шепелев С.Ф. Физико-технические основы перспектив развития ядерно-энергетической системы России. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2024, вып. 4, с. 5–15. EDN: UYMEXK.
- Сорокин А.П., Алексеев В.В., Иванов А.П., Кузина Ю.А. И сследования высокотемпературной энерготехнологии с реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем для производства водорода. М.: ООО АП «Столица», 2022. 258 с.
- Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Алексеев В.В., Коновалов М.А. Технология высокотемпературного натриевого теплоносителя в ядерных энергетических установках для водородной энергетики. Теплоэнергетика, 2014, № 5, с. 31–39.
- Логинов Н.И., Пышко А.П., Михеев А.С., Денежкин И.А. Ядерный реактор с прямым преобразованием энергии за пределами активной зоны. Патент РФ, № 2650885, 2018.
- Тошинский Г.И., Комлев О.Г., Русанов А.Е., Мартынов П.Н., Степанов В.С., Клинов Н.Н., Дедуль А.В., Болванчиков С.Н. Реакторная технология СВБР для региональной энергетики. Сборник тезисов докладов межотраслевого семинара «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в быстрых реакторах (Теплофизика-2010)». Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2010. С. 16–17.
- Лемехов В.В., Смирнов В.С., Пикалов А.А., Фирсов А.С., Чернобровкин Ю.В. Конструктивные и компоновочные решения РУ БРЕСТ-ОД-300. Сборник тезисов докладов межотраслевого семинара «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в быстрых реакторах (Теплофизика-2010)». Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2010. С. 14–15.
- Грабежная В.А., Михеев А.С. Опыт экспериментального обоснования парогенераторов АЭС с быстрыми реакторами. Атомная энергия, 2015, т. 119, вып. 2, с. 87–94.
- Kozlov F.A., Alexeev V.V., Zagorulko Yu.I., Sergeev G.P., Volchkov L.G., Vorobjeva T.A. The Summery of the Sodium Coolant Technology Development in Application to LMFBRs. Working Material “TM on the Coordinated Project (CRP) “Analysis of the Lessons Learned from the Operational Experience with Fast Reactor Equipment and Systems”. Obninsk, February 14–18, 2005. TM-27172 and TM-26984, TWG-FR/123. IAEA, Vienna, 2005, pp. 237–259.
- Зродников А.В., Ионкин В.И. Лейпунский А.И. и ядерные энергетические установки для космических исследований. Сборник тезисов докладов межотраслевого семинара «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в быстрых реакторах (Теплофизика-2010)». Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2010. С. 20–21.
- Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Ягодкин И.В. Физические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1978.
- Ивановский М.Н., Сорокин В.П., Чулков Б.А., Ягодкин И.В. Технологические основы тепловых труб. М.: Атомиздат, 1980.
- Верещагина Т.Н., Логинов Н.И. Тепловые трубы в современной ядерной энергетике. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2024, вып. 3, с. 238–256. EDN: CKTWLK.
- Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Ягодкин И.В., Стороженко А.Н., Симаков А.А. Инновационные технологии, развиваемые в ГНЦ РФ – ФЭИ. Атом, 2011, № 53, с. 39–46.
- 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.
- Орлова Е.А., Козлов Ф.А., Алексеев В.В., Сорокин А.П., Дробышев А.В., Засорин И.И., Жмурин В.Г., Торбенкова И.В., Загребаев С.А., Орлов М.А., Волов А.Н., Козлова Н.А., Иванова Н.А. Получение кремния из отходов фосфатного производства (Na2SiF6) газофазным методом с использованием натриевого стенда. Препринт ФЭИ-3166. Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2009. 35 с.
УДК 536.24: 621.039.524.4: 621.039.58
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2026, выпуск 2, с. 200–230
