Национальная лаборатория Айдахо (INL) ввела в эксплуатацию новую испытательную установку — Контурный стенд для испытаний потока расплавленных солей. Эта система предназначена для ускорения коммерциализации реакторов на расплавленных солях (MSR), предоставляя уникальную возможность непрерывного мониторинга и анализа поведения расплавленных солей в реальном времени. Разработка таких передовых реакторов является частью усилий США по удовлетворению энергетических потребностей и восстановлению лидерства в энергетике.
Реакторы на расплавленных солях представляют собой перспективный тип ядерных установок. В отличие от традиционных реакторов с твердым топливом, в MSR топливо растворено непосредственно в расплавленной солевой среде, которая одновременно служит теплоносителем. Эти реакторы обладают повышенными характеристиками безопасности, способны работать при высоких температурах и обеспечивают гибкость для коммунальных предприятий, эффективно производя как тепло, так и электроэнергию.
Ключевое преимущество стенда INL заключается в его способности проводить исследования в динамике. Ручи Гахар, ведущий научный сотрудник отдела передовых технологий расплавленных солей INL, отмечает: «Большинство контуров используются для испытаний конструкционных материалов, которые затем анализируются после демонтажа установки». Стенд INL, напротив, служит платформой для тестирования передовых электрохимических датчиков и барботажных приборов, позволяя изучать характеристики материалов непосредственно во время работы контура. Гахар подчеркивает, что такой подход «не был реализован или исследован в контурах других учреждений».
Первоначальные испытания на стенде были сосредоточены на технологии хлоридных расплавленных солей. Хлоридные соли привлекательны своей низкой стоимостью и отличными теплопередающими свойствами. Однако для их успешного применения необходимо обеспечить стабильный поток и предотвратить повреждение компонентов реактора. Новый испытательный стенд позволяет исследователям наблюдать за поведением этих солей в условиях потока, что критически важно для решения указанных проблем.
Работа стенда аналогична системе охлаждения автомобиля, где теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру. «Система циркулирует расплавленную соль по замкнутому контуру для точного контроля температуры и изучения теплопередачи», — объясняет Ручи Гахар, которая посвятила три года работе в команде разработчиков этой системы. Контур изготовлен из прочной нержавеющей стали и использует инертный газ над расплавом в баках для предотвращения загрязнения соли.
Для испытаний материалов предусмотрены специальные конструкции, позволяющие вставлять и извлекать образцы без остановки потока расплава. В ходе первого запуска использовалась смесь хлорида лития и хлорида калия. Система оснащена пятью портами для электродов, которые позволяют проводить электрохимические эксперименты, контролировать химическое состояние соли и отслеживать коррозию в реальном времени.
Дополнительные приборы включают порты для барботажных погружных трубок, измеряющих плотность жидкости, поверхностное натяжение и уровень расплавленной соли. Множество датчиков температуры, расположенных в различных точках контура, регистрируют изменения температуры, предоставляя данные для анализа характеристик теплопередачи расплава.
Работы по созданию и эксплуатации стенда ведутся в отделе передовых технологий расплавленных солей INL под руководством менеджера Джона Картера. Научное руководство осуществляет Ручи Гахар. Их работа напрямую связана с более широкими инициативами в области MSR.
Одним из ключевых проектов является Эксперимент с реактором на хлоридном расплаве (MCRE), целью которого является демонстрация первого в мире действующего реактора на быстрых нейтронах с расплавленными солями. Этот проект реализуется в партнерстве с компаниями Southern Company и TerraPower. INL играет в MCRE важную роль, отвечая за синтез топливной соли и обращение с ней, загрузку и эксплуатацию реактора, а также последующую деактивацию и демонтаж установки.
Новый испытательный стенд предоставляет ценную информацию о коррозии материалов и работе датчиков при высоких температурах. Джон Картер подчеркивает, что это позволит создавать MSR, которые «прослужат дольше, потребуют меньше обслуживания, будут иметь сниженную стоимость и повышенную надежность». В конечном счете, эта технология способствует разработке современных коррозионно-стойких материалов, датчиков и приборов для сверхвысокотемпературных применений.
По словам Джона Картера, возможности нового стенда «ускорят продвижение США к будущему передовой энергетики». Полученные данные напрямую влияют на проектирование и лицензирование коммерческих реакторов на расплавленных солях, делая их более безопасными, эффективными и экономически выгодными.
Изображение носит иллюстративный характер
Реакторы на расплавленных солях представляют собой перспективный тип ядерных установок. В отличие от традиционных реакторов с твердым топливом, в MSR топливо растворено непосредственно в расплавленной солевой среде, которая одновременно служит теплоносителем. Эти реакторы обладают повышенными характеристиками безопасности, способны работать при высоких температурах и обеспечивают гибкость для коммунальных предприятий, эффективно производя как тепло, так и электроэнергию.
Ключевое преимущество стенда INL заключается в его способности проводить исследования в динамике. Ручи Гахар, ведущий научный сотрудник отдела передовых технологий расплавленных солей INL, отмечает: «Большинство контуров используются для испытаний конструкционных материалов, которые затем анализируются после демонтажа установки». Стенд INL, напротив, служит платформой для тестирования передовых электрохимических датчиков и барботажных приборов, позволяя изучать характеристики материалов непосредственно во время работы контура. Гахар подчеркивает, что такой подход «не был реализован или исследован в контурах других учреждений».
Первоначальные испытания на стенде были сосредоточены на технологии хлоридных расплавленных солей. Хлоридные соли привлекательны своей низкой стоимостью и отличными теплопередающими свойствами. Однако для их успешного применения необходимо обеспечить стабильный поток и предотвратить повреждение компонентов реактора. Новый испытательный стенд позволяет исследователям наблюдать за поведением этих солей в условиях потока, что критически важно для решения указанных проблем.
Работа стенда аналогична системе охлаждения автомобиля, где теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру. «Система циркулирует расплавленную соль по замкнутому контуру для точного контроля температуры и изучения теплопередачи», — объясняет Ручи Гахар, которая посвятила три года работе в команде разработчиков этой системы. Контур изготовлен из прочной нержавеющей стали и использует инертный газ над расплавом в баках для предотвращения загрязнения соли.
Для испытаний материалов предусмотрены специальные конструкции, позволяющие вставлять и извлекать образцы без остановки потока расплава. В ходе первого запуска использовалась смесь хлорида лития и хлорида калия. Система оснащена пятью портами для электродов, которые позволяют проводить электрохимические эксперименты, контролировать химическое состояние соли и отслеживать коррозию в реальном времени.
Дополнительные приборы включают порты для барботажных погружных трубок, измеряющих плотность жидкости, поверхностное натяжение и уровень расплавленной соли. Множество датчиков температуры, расположенных в различных точках контура, регистрируют изменения температуры, предоставляя данные для анализа характеристик теплопередачи расплава.
Работы по созданию и эксплуатации стенда ведутся в отделе передовых технологий расплавленных солей INL под руководством менеджера Джона Картера. Научное руководство осуществляет Ручи Гахар. Их работа напрямую связана с более широкими инициативами в области MSR.
Одним из ключевых проектов является Эксперимент с реактором на хлоридном расплаве (MCRE), целью которого является демонстрация первого в мире действующего реактора на быстрых нейтронах с расплавленными солями. Этот проект реализуется в партнерстве с компаниями Southern Company и TerraPower. INL играет в MCRE важную роль, отвечая за синтез топливной соли и обращение с ней, загрузку и эксплуатацию реактора, а также последующую деактивацию и демонтаж установки.
Новый испытательный стенд предоставляет ценную информацию о коррозии материалов и работе датчиков при высоких температурах. Джон Картер подчеркивает, что это позволит создавать MSR, которые «прослужат дольше, потребуют меньше обслуживания, будут иметь сниженную стоимость и повышенную надежность». В конечном счете, эта технология способствует разработке современных коррозионно-стойких материалов, датчиков и приборов для сверхвысокотемпературных применений.
По словам Джона Картера, возможности нового стенда «ускорят продвижение США к будущему передовой энергетики». Полученные данные напрямую влияют на проектирование и лицензирование коммерческих реакторов на расплавленных солях, делая их более безопасными, эффективными и экономически выгодными.
