Ученые МФТИ подобрали оптимальный подход для расчета тепловых режимов ядерных реакторов на жидком топливе

Российские ученые и их зарубежные коллеги подобрали оптимальный подход для расчета тепловых режимов в будущих ядерных реакторах на жидком топливе. Это поможет инженерам точнее предсказывать тепловое состояние двухжидкостного реактора в режиме естественной циркуляции, сообщила пресс-служба МФТИ.

«Полученные данные лягут в основу проектов систем аварийного расхолаживания для двухжидкостных ядерных реакторов IV поколения. Такие установки считаются одним из самых перспективных инструментов для замыкания ядерного топливного цикла, то есть для многократного использования урана и снижения количества радиоактивных отходов», — говорится в сообщении.

Как отмечают авторы этой разработки, научный сотрудник МФТИ Константин Сергеенко и его коллеги, сейчас российские и зарубежные ученые разрабатывают ядерные реакторы, в которых в качестве топлива планируется использовать не твердые тепловыделяющие элементы, а жидкий сплав из хрома и урана. Этот расплав циркулирует по особому контуру, который охлаждается при помощи еще одного набора сообщающихся протоков, заполненного расплавленным свинцом.

Данный подход позволяет повысить КПД ядерного реактора примерно на треть по сравнению с традиционными водо-водяными установками и дает возможность непрерывно перерабатывать топливо, однако для создания подобных реакторов нужно решить целый ряд серьезных математических проблем. Они связаны с тем, что жидкое ядерное топливо передает тепло не так, как это делают вода или воздух, что не учитывается существующими моделями турбулентности.

«Это создавало неопределенность в вопросе: возможно ли применять модели турбулентности к жидкому металлу на основе урана? Если модель ошибается в расчетах температуры, это может привести к недооценке тепловых нагрузок или к излишне консервативному проектированию. А именно в этих случаях особенно важно точно знать, как распределяется температура, чтобы системы безопасности сработали надежно», — пояснил Сергеенко, чьи слова приводит пресс-служба МФТИ.

Руководствуясь этой идеей, исследователи создали компьютерную модель экспериментального реактора DFR и просчитали при помощи суперкомпьютера то, как движется ядерное топливо и какой температурой оно обладает при обтекании теплообменных стержней. Результаты этих эталонных расчетов исследователи сравнили с прогнозами двух моделей турбулентности, относительно сложной модели RSM GBSL и ее более простого аналога k-omega-SST.

Эти расчеты показали, что лучше с данной задачей справлялась модель k-omega-SST, а также они помогли ученым всесторонне оценить точность получаемых ей прогнозов при разных наборах параметров моделирования. В перспективе, это позволит разработчикам реакторов использовать упрощенные модели в тех режимах, где они уже проверены, и получать точные прогнозы температуры без затратного суперкомпьютерного моделирования, подытожили физики.