Жидкометаллические теплоносители в ядерных реакторах

[Максим0]

В 04.01.2025 в 20:34, armycone. сказал:

Задался вопросом, возможно ли использовать эвтектический галинстан (68% галлия, 22% индия и 10% олова) и эвтектику галлия-индия-олова (52% индия, 30% галлия и 18% олова), как замену натрия в качестве теплоносителя на Белоярской АЭС? Будет ли это целесообразно и есть ли какие-то иные варианты замены теплоносителя (кроме свинца, того же натрия и воды)

Рассмотрим металлы с температурой плавления меньше 500^оС как компоненты жидкометаллических теплоносителей для ядерного реактора:

Li, Na, K, Rb и Cs - экстремально химически активны, видимо потому и желаете заменить натрий.

Zn, Сd и Hg - имеют высокое давление паров, совсем ненужное в активной зоне.

Ga и In - имеют высокое сечение захвата тепловых нейтронов, у всех их природных изотопов существенно больше барна.

Таллий природного изотопного состава непригоден из-за 30% таллия-203, но таллий-205 по нейтронным свойствам пригоден. Наличие всего двух изотопов разнесённых на 2 массовые единицы, позволяют надеяться на относительную дешивизну газоцентрифужного разделения триметилталлия - предположу что стоимость обогащения таллия-205 будет близка к стоимости обогащения 5% урана-235.

Таким образом теплоноситель с хорошими характеристиками можно сделать лишь из таллия-205 и олова, свинца и висмута природных составов.

Свинцово-висмутовые теплоносители продемонстрировали проблему испарения полония из расплавов, поэтому в них будет полезно добавить металл связывающий полоний существенно крепче свинца, и таллий выглядит пригодным для этого.

Потом если добавлять к сплаву Розе таллий, то посоветую выбирать сплавы с долей висмута большей чем таллия - тогда при проливе давление паров таллия будет гораздо ниже чем в альтернативных сплавах. Из тройных сплавов интересны:

50% Bi + 31,2% Pb +18,8% Sn с температурой плавления +94^оС и 55,2% Bi +33,3% Pb +11,5% Tl с температурой плавления +91^оС.

По четырёхкомпонентному сплаву в интернете сведений не видно, но известен аналог с индием вместо таллия с температурой плавления +57^оС.

Поэтому оценю температуру плавления эвтектики четырёхкомпонентного сплава в районе 70-80^оС.

Давления паров чистых компонентов сплава достигаются при температурах (К):

Элемент 0,1 кПа 1 кПа 10 кПа 100 кПа 1 МПа(экстраполяция)

Bi   1030   1185   1395   1695   2120

Sn   1853   2119   2474   2972   3667

Pb   1233   1418   1668   2024   2527

Tl   1086   1241   1448   1739   2146

Примесь:

Po   758   869   1019   1231   1528

Отсюда видно что с целью снижения давления паров сплава, концентрации таллия и висмута лучше брать примерно равными и сделать возможно большей долю олова.

Изменено 17 Февраля, 2025 в 21:34 пользователем Максим0

[pauk]

В 18.02.2025 в 02:06, Максим0 сказал:

Давления паров чистых компонентов сплава достигаются при температурах (К):

Элемент 0,1 кПа 1 кПа 10 кПа 100 кПа 1 МПа(экстраполяция)

Bi   1030   1185   1395   1695   2120

Sn   1853   2119   2474   2972   3667

Pb   1233   1418   1668   2024   2527

Tl   1086   1241   1448   1739   2146

 

Есть данные по другим легкоплавким металлам (Zn, Cd, In, Ga)? Из какого это источника?

[Максим0]

В 20.02.2025 в 16:57, pauk сказал:

Есть данные по другим легкоплавким металлам (Zn, Cd, In, Ga)? Из какого это источника?

Zn   750   854   992   1182   1442

Ga   1596   1815   2105   2504   3050

Cd   656   747   869   1036   1262

In   1452   1656   1928   2307   2828

Источника не будет.