Американские физики создали материал, повышающий безопасность охлаждения ядерных реакторов

Физики из США разработали микроструктурированный материал, который повысит безопасность и эффективность систем охлаждения ядерных реакторов и других силовых установок за счет низкотемпературного эффекта Лейденфроста, феномена левитации жидкости над разогретой твердой поверхностью. Об этом в пятницу сообщила пресс-служба Технологического университета Виргинии (VT).

«Наша разработка позволяет предотвратить аварии, связанные с паровыми взрывами, которые несут большую угрозу для промышленных систем переноса тепла. Подобные взрывы возникают в результате быстрого расширения пузырьков пара под действием близких к ним источников тепла. Это особенно актуально для АЭС, структура поверхности теплообменников сильно влияет на образование пузырьков пара», — пояснил научный сотрудник VT Хуан Вэнъэ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают Хуан Вэнъэ и его коллеги, подобный ход развития событий можно предотвратить, если контролировать процесс образования пара и препятствовать неконтролируемой передаче тепла внутри систем охлаждения атомных реакторов, других силовых установок, а также промышленного оборудования. Эту задачу, по словам физиков, можно решить при помощи созданного ими микропокрытия, похожего по структуре на лист лотоса.

Оно представляет собой набор из столбиков высотой в 0,08 мм, которые расположены на расстоянии в 0,012 мм друг от друга. Размеры этих выступов подобраны таким образом, что они меняют свойства падающих на них капель воды и делают их более подверженными так называемому эффекту Лейденфроста. В его рамках капли воды и других жидкостей начинают парить над раскаленными твердыми поверхностями в результате образования «подушки» из пара.

Как правило, в случае с каплями воды эффект Лейденфроста возникает в том случае, если они контактируют с плоской поверхностью, разогретой до 230 градусов Цельсия. Физики обнаружили, что нанесение большого числа микростолбиков на поверхность снижает этот порог до 130 градусов Цельсия, что позволяет использовать эффект Лейденфроста для более контролируемой передачи тепла в системах охлаждения АЭС и прочих силовых установок.

В дополнение к этому, данное покрытие также препятствует накоплению различных отложений на стенках труб и теплообменников и также при этом способствует паровой очистке уже скопившихся осаждений, что дополнительно защищает их от повреждений и износа, а также позволяет реже проводить техобслуживание. Как надеются Хуан Вэнъэ, эти особенности созданного ими покрытия сделают его особенно привлекательным для разработки различных систем генерации электроэнергии, а также разного промышленного оборудования.