Российские ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН разработали модель коррозионных процессов в атомных реакторах нового типа. Алгоритм позволяет предсказать скорость образования оксидной пленки, обеспечивающей целостность компонентов реактора. Результаты работы авторы изложили в журнале Corrosion Science.
В классических атомных реакторах, которые работают на тепловых нейтронах, в качестве теплоносителя используется вода. Однако в реакторах нового типа, работающих на быстрых нейтронах, теплоносителем служит либо жидкий свинец, либо эвтектический расплав свинца с висмутом. Такие теплоносители встречаются в российском реакторе БРЕСТ-ОД-300 и в бельгийском проекте MYRRHA соответственно. Однако жидкий свинец и расплав свинец — висмут способны растворять сталь, из которой изготовлены основные компоненты охлаждающего контура реакторов. Чтобы избежать их повреждений, в расплав добавляют кислород. В результате образуется оксидная пленка, которая, хотя сама и является следствием коррозионного процесса, защищает стальные элементы от коррозии.
Российские ученые поставили перед собой задачу, которая находится на стыке химии, физики и компьютерного моделирования, и описали коррозионные процессы, протекающие при взаимодействии теплоносителя со стальными деталями. Они разработали модель, которая описывает образование оксидной пленки в точке контакта стали с расплавом свинец — висмут. Для этого ученым понадобилось составить уравнения переноса и химические реакции, обуславливающие перенос кислорода и железа через пленку. Исследователи также воспользовались экспериментальными данными из открытых источников, чтобы вывести физические параметры процессов. В результате разработанная модель может применяться на практике для предсказания скорости образования оксидной пленки в заданных условиях.
Пока что модель рассматривает только образование однородной, сплошной оксидной пленки, что не совсем соответствует реальным условиям эксплуатации реакторов. Ученые планируют расширить модель, сделав так, чтобы она также описывала и образование неоднородной оксидной пленки.
«Для развития подобных моделей необходимы данные о свойствах материалов, которые возможно получить с помощью микроскопических расчетов из первых принципов. Эти расчеты мы уже проводим на базе ресурсов суперкомпьютерного центра ОИВТ РАН», — рассказал Алексей Тимофеев, заместитель руководителя образовательной программы «Вычислительная физика конденсированного состояния и живых систем» ЛФИ МФТИ и заместитель директора ОИВТ РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
