Москва, 10 июл – ИА Нефтегаз.РУ. Российские и зарубежные исследователи определили наиболее эффективный подход к моделированию тепловых процессов в двухжидкостных ядерных реакторах 4-го поколения с жидким ядерным топливом. Разработка позволит точнее прогнозировать тепловое состояние таких установок в режиме естественной циркуляции и станет основой для проектирования систем аварийного расхолаживания.
Об сообщили в пресс-службе МФТИ.

Реакторы нового поколения

Двухжидкостные реакторы рассматриваются как одна из наиболее перспективных технологий замыкания ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ). Они позволяют:

• многократно использовать уран,
• сокращать объем радиоактивных отходов,
• повышать эффективность атомной энергетики.

В отличие от традиционных реакторов, в новой концепции в качестве топлива используется не твердое ядерное топливо, а жидкий расплав на основе урана и хрома. Он циркулирует по отдельному контуру, а тепло отводится вторым контуром с расплавленным свинцом.

По оценке исследователей, такая схема способна повысить коэффициент полезного действия реактора примерно на треть по сравнению с традиционными водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР). Кроме того, технология открывает возможность непрерывной переработки топлива непосредственно в процессе эксплуатации.

Проблема моделирования

Одним из ключевых препятствий для создания подобных установок остается отсутствие надежных математических моделей, описывающих теплопередачу в жидком металлическом топливе.

Как пояснил научный сотрудник МФТИ К. Сергеенко, существующие модели турбулентности разрабатывались для воды и воздуха, поэтому их применение к жидким металлам вызывало неопределенность.

Что показало исследование

Для проверки исследователи построили компьютерную модель экспериментального двухжидкостного реактора DFR и с использованием суперкомпьютерного моделирования рассчитали движение жидкого топлива и распределение температур при обтекании теплообменных элементов.

Полученные результаты сравнили с прогнозами двух моделей турбулентности:

• более сложной RSM GBSL;
• упрощенной k-omega-SST.

Несмотря на меньшую вычислительную сложность, именно модель k-omega-SST продемонстрировала наиболее точные результаты. Исследование также позволило определить диапазоны параметров, при которых эта модель обеспечивает достоверное описание тепловых процессов.

Авторы отмечают, что результаты позволят разработчикам реакторов 4-го поколения отказаться от дорогостоящих полномасштабных суперкомпьютерных расчетов в тех режимах, где точность упрощенной модели уже подтверждена. Это:

• ускорит проектирование двухжидкостных реакторов,
• повысит надежность оценки температурных режимов,
• станет основой для разработки эффективных систем аварийного охлаждения перспективных атомных энергетических установок.

Напомним, что недавно на Горно-химическом комбинате (ГХК, входит в госкорпорацию Росатом) была завершена масштабная модернизация установки переочистки плутония (УПП), которая позволит увеличить объемы переработки скрапов (отходов, образующихся при производстве МОКС-топлива), благодаря чему плутоний из них будет возвращаться обратно в производство.