III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Современная ядерная энергетика переживает не самый простой период. Свидетельством этого является то, что она подвергается критике, вплоть до требования ее полного запрета. Несмотря на то, что в подобной критике часто присутствует субъективизм, а то и полная необъективность, следует признать, что веские основания для критики имеются. Развивающаяся ядерная энергетика, как и любая технология, должна постоянно совершенствоваться. Основаниями для этого являются: потенциальная опасность аварий с большим экологическим и экономическим ущербом (реальность этой опасности подтверждена рядом аварий), накопление высокоактивных и долгоживущих отходов и ряд других. Рассматривая глобальную роль ядерной энергетики в мировой энергетической системе имеет смысл выделить основную проблему - экологическая безопасность.

Решить эту проблему в значительной мере помогает использование тяжёлых жидкометаллических теплоносителей в ядерных реакторах. Наиболее распространёнными из которых являются свинец и эвтектика свинец-висмут.  Основной причиной перспективности использования тяжелых теплоносителей в энергетических контурах объектов атомной энергетики является то, что они в большей степени удовлетворяют требованиям обеспечения безопасности, чего не скажешь о лёгких теплоносителях. Например, натрий и литий при рабочих температурах горят на воздухе и активно реагируют с водой и пароводяной смесью - рабочим телом в цикле Ренкина. Продукты, образующиеся при поступлении воздуха и воды в энергетический контур с этими теплоносителями, кроме водорода образуют массы нерастворимых примесей с температурой плавления существенно выше, чем у жидкого металла. Эти примеси могут изменять гидравлические характеристики элементов контура, условия теплообмена в них и необратимо влиять на эксплуатационные свойства оборудования и контура.

Использование воды в качестве теплоносителя тоже имеет ряд значительных недостатков. Одним из них является возможность замерзания воды в системе при температуре ниже 0 °С и, как следствие, вывод последней из строя, ведь дом с выключенной, но заполненной системой отопления зимой не оставишь. Если, во избежание размораживания системы отопления, воду сливают - коррозионные процессы в системе, заполненной воздухом, идут ещё быстрее, чем в воде. Ещё одной проблемой является необходимость изменения химического состава воды перед использованием для отопления. При температуре воды выше 80°С начинается интенсивное разложение карбонатных солей и отложение накипи на стенках теплогенератора и трубах, что является причиной ухудшения теплоотдачи и выхода из строя нагревательных элементов из-за их перегрева.

Эвтектика свинец-висмут и свинец при рабочих температурах слабо реагируют с компонентами воздуха и воды; эти процессы взрыво-пожаробезопасны. Образующиеся продукты реакции - оксиды теплоносителя, независимо от их места расположения в контуре, технически просто восстанавливаются газовыми смесями, например, на основе водорода. Продуктами реакции восстановления являются теплоноситель и водяной пар, выводимый из газовой системы контура. В отличие от систем со щелочными металлами, при этом не происходит накопления радиоактивных продуктов в контуре, требующих последующего удаления и переработки.

Это отличие качественно упрощает эксплуатацию и проведение ремонтов установок с тяжелыми теплоносителями и позволяет реализовывать двухконтурные схемы, в отличие от трехконтурных схем со щелочными металлами.

Эвтектика свинец-висмут является наиболее освоенным тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Значительный объем исследований и его практическое освоение осуществлялось в нашей стране в период 60-90-х годов прошлого века на исследовательских и промышленных стендах, опытных и серийных транспортных реакторных установках.

Эвтектика свинец-висмут содержит 44,5% масс. свинца и 55,5% масс. висмута.

Висмут обладает худшими магнитными свойствами из всех металлов, его удельная теплопроводность меньше других металлов, ниже его по теплопроводности только ртуть. Плотность висмута ( н. у.) - 9,84 г/см³. Температура плавления - 271,3⁰С. Содержание висмута в земной коре составляет 3,4х10^-6%. Металлические модификации висмута не окисляются кислородом воздуха и устойчивы по отношению к воде.

Применение  тяжёлых жидкометаллических теплоносителей позволяет научно обосновать и практически реализовать новые высокоэффективные технологические процессы, а также создавать новые ядерные энергетические установки с оригинальными научно - техническими решениями.       

Список используемой литературы и источников:

1. "Тяжёлые жидкометаллические теплоносители в атомной энергетике" А.В.Безносов, Ю.Г.Драгунов, В.И.Рачков; Москва 2006г.;

2. "Ядерное электричество" Ян Гор-Лесси; Ростов-на-Дону 2002г.;

3. "Ядерные энергетические реакторы" Б.А. Дементьев; Москва 1996 г;

4. "Ядра, частицы, ядерные реакторы"  Д. Блан; Москва 1989 г.