Новое исследование поведения эвтектического свинцово-висмутового расплава в водяном паре, кислороде и их смеси привело к значимой находке. Ученые впервые зафиксировали синергетическое действие воды и кислорода на окисление этого теплоносителя. Также выявлена немонотонная зависимость скорости процесса от температуры и состава среды. Эти открытия являются серьезным шагом для повышения безопасности атомной энергетики будущего.
Безопасность быстрых реакторов: ключевой приоритет
Эти результаты напрямую связаны с перспективами запуска инновационных реакторов на быстрых нейтронах, таких как блоки со СВБР-100 и БРЕСТ-ОД-300. Использование тяжелых металлических теплоносителей — свинца и свинцово-висмутовой эвтектики — открывает путь к кардинальному уменьшению объема радиоактивных отходов и расширению топливной базы.
Преимущества тяжелых теплоносителей
Такие расплавы характеризуются выдающимися свойствами: высокой способностью передавать тепло, относительно низкой температурой плавления, устойчивостью к радиационному воздействию и изначально высокой химической инертностью к воде и воздуху.
Детали важного открытия
Эксперименты в широком температурном диапазоне до 600°С выявили интереснейшие особенности. Выше 355°С добавление воды к кислороду резко, в несколько раз, увеличивает скорость окисления сплава. При этом меняется и сам процесс:
В чистом кислороде формируется плотный оксид свинца (PbO). В смеси с водяным паром в интервале 380–450°С наблюдается образование пористой массы Pb3O4 с обогащением сплава висмутом (безактивационный режим). При подъеме выше 550°С висмут активно окисляется до Bi2O3, а процесс переходит в диффузионный режим. Предполагается, что вода выступает катализатором, ускоряя перенос заряда.
Сравнение теплоносителей СВБР-100 и БРЕСТ-ОД-300
Анализ показал различия: свинцово-висмутовая эвтектика гораздо охотнее реагирует и с кислородом, и с водяным паром, чем чистый свинец. Важен температурный фактор: рабочий диапазон СВБР-100 (380-540°С) попадает в "зону влияния" кинетического режима с интенсивным окислением, тогда как более высокие температуры БРЕСТ-ОД-300 смещают окисление свинца в менее активный диффузионный режим.
Значимость для практики и безопасность
Полученные данные раскрывают потенциал новой физико-химической модели окисления для усовершенствования защиты атомных установок. Результаты получены в экстремальных условиях, далеких от штатной эксплуатации. Однако они критически важны для моделирования аварийных сценариев, например, при нарушении герметичности паропроводов или попадании воздушно-водяной смеси в контур теплоносителя. Мониторинг и жесткий контроль концентрации кислорода в расплаве станут ключом к предотвращению неконтролируемого быстрого оксидообразования, что открывает путь к реализации надежной и безопасной атомной энергетики нового поколения.
Исследование процесса окисления эвтектического свинцово-висмутового сплава в водно-кислородных флюидах при высоких температурах и давлениях послужит дополнительным фундаментом для проектирования будущих энергоблоков.
Источник: scientificrussia.ru
