CC BY
20
Исследование скорости ультразвука в жидком теплоносителе Ся-1п
эвтектической концентрации для обеспечения безопасной эксплуатации ядерного реактора на быстрых нейтронах
Борисенко А. В., Курочкин А. Р., Баранова О. Ю., Сушкевич А. А.,
Уральский институт ГПС МЧС России, г. Екатеринбург
Будущее ядерной энергетики большинство специалистов связывают с реакторами на быстрых нейтронах. Одной из важнейших задач является обеспечение безопасной эксплуатации ядерного реактора.
Галлий характеризуется самым большим температурным диапазоном существования в жидком состоянии по сравнению со всеми другими химическими элементами: температура замерзания 302,92 К, кипения 2478 К. Он обладает низкой химической активностью, высокой стойкостью на воздухе, не активируется в активной зоне реактора, в отличие от свинца малотоксичен. Галлий отно-
3 3
сится к тяжелым металлам, хотя его плотность (6,110 кг/м ) значительно
3 3
меньше плотности свинца (10,610 кг/м ). Запасов галлия достаточно для обеспечения быстрых реакторов (БР) при широкомасштабном развитии ядерной энергетики. Производство галлия мало, поскольку в его увеличении пока не было необходимости, но он более распространен, чем свинец. Галлий образуют сплавы с тяжелыми металлами (в частности Оа-1п), что открывает широкие возможности для оптимизации свойств теплоносителя и, следовательно, реакторной установки (РУ) в целом.
Галлий совместим с жаропрочными материалами и благодаря высокой температуре кипения может использоваться в высокотемпературных РУ. При увеличении энергии нейтронов существенно уменьшаются сечения поглощения галлия и совместимых с ним конструкционных материалов. Следовательно, галлий применим в БР с жестким спектром нейтронов. Жесткий спектр необходим для снижения поглощения и пустотного эффекта реактивности (ПЭР). Увеличению мощности в рамках цилиндрической активной зоны препятствует положительный ПЭР, поэтому галлий применим в БР малой мощности.
Индий обладает сравнительно низкой температурой плавления (429,74 К), но при этом высокой точкой кипения (2353 К). Так же, как и галлий, он не образует ни с одним из металлов непрерывного ряда твердых растворов. Сплавы галлия с индием в сравнительно широком концентрационном интервале являются жидкостями при комнатной температуре и, благодаря этой уникальной особенности, идеально подходят в качестве жидкометаллического теплоносителя для ядерных реакторов.
Рис. 1. Температурные зависимости скорости ультразвука в расплаве !п-Оа эвтектического состава
Физико-химические свойства системы галлий-индий и особенно ее акустические свойства исследованы недостаточно полно. Поэтому в настоящей работе исследованы температурные зависимости скорости ультразвука А в сплаве эвтектического состава 1п-85,8 ат.%Оа.
Скорость и затухание звука измеряли импульсно-фазовым методом на опытной установке, принципиальная схема и схема измерительной ячейки которой представлены в работе [1]. Отличительной особенностью метода является возможность измерения локальных значений и? на различных расстояниях от дна тигля с погрешностью менее 0,3 %.
Температурная зависимость скорости ультразвука и3 в расплаве 1п-Оа эвтектического состава исследовалась в режиме охлаждения. Результаты ее измерения представлены на рис. 1. В отличие от сплавов РЬ-Ы [2], температурная зависимость скорости ультразвука в эвтектическом расплаве 1п-Оа линейна и не имеет ярко выраженных особенностей.
Библиографический список
1. П. С. Попель, Д. А. Ягодин, А. Г. Мозговой. Скорость звука в жидких свинце, висмуте и их эвтектическом сплаве в диапазоне от температуры плавления до 1300 К. Таблицы стандартных справочных данных ГСССД № 2362009. М.: Стандартинформ, 2009. 32 с.
2. Исследование скорости ультразвука в жидком теплоносителе РЬ-Ы эвтектической концентрации для обеспечения безопасной эксплуатации ядерных реакторов на быстрых нейтронах / Борисенко А. В., Курочкин А. Р., Баранова О. Ю. и др. // Актуальные проблемы и инновации в обеспечении безопасности: материалы науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов, г. Екатеринбург, 29 ноября 2012. УрИ ГПС МЧС России, Ч. 1, 2012. С. 14-15.
