Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН), Московского энергетического института (НИУ МЭИ) и Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) создали экспериментальный стенд, на котором будут проводиться исследования гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor, ИТЭР) и других термоядерных реакторов-токамаков, сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

Как поясняет профессор НИУ МЭИ, заведующий отделом теплофизических проблем ядерной энергетики ОИВТ РАН, доктор технических наук Валентин Георгиевич Свиридов, в качестве основных теплоносителей в ядерных энергоустановках в быстрыех реакторах нового поколения БРЕСТ, а также термоядерных реакторах и термоядерных источниках нейтронов рассматриваются тяжёлые жидкие металлы – свинец и сплав свинца и лития. Теплообмен жидкого металла в токамаке происходит в условиях взаимного влияния магнитного поля и свободной конвекции.  по его словам, ученые МЭИ-ОИВТ РАН изучает теплообмен тяжёлых жидких металлов в условиях реактора-токамака начиная с 1960-х годов. Ими были обнаружены особенности теплообмена, приводящие к образованию областей локального перегрева и низкочастотных пульсаций температуры в потоке теплоносителя.

Экспериментальный стенд РК-3 (HELMEF- HEattransfer Liquid Metal Experimental Facility), созданный на базе Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН), позволит изучать эти процессы на примере ртути, близкой по своим свойствам к потенциальным энергетическим теплоносителям. Ртуть, как отмечают ученые,   один из худших энергетических теплоносителей, поскольку она токсична, а её теплоёмкость и теплопроводность низки по сравнению с другими жидкими металлами, но именно эти теплофизические свойства делают её чрезвычайно удобной модельной жидкостью для стендовых исследований. Для исследования в ИЯФ СО РАН был создан магнит весом в 5 тонн, благодаря которому на установке можно проводить исследования на протяженных экспериментальных участках.

«Специфика нашего магнита в том, что его можно поворачивать, то есть реализовывать различные геометрии теплообмена, характерные для систем охлаждения термоядерного реактора. Это позволит независимо от направления силы тяжести устанавливать направления потока металла и индукции магнитного поля. Сменные формы полюсов дают возможность создавать любую конфигурацию магнитного поля. Кроме того, устройство имеет три режима, что позволяет использовать в установке трубы и каналы различной формы с максимальным поперечным размером – 30 мм, 80 мм и 100 мм». Это предоставляет уникальные возможности исследовать впервые обнаруженные на ртутных стендах нештатные и аварийные режимы теплообмена в условиях токамака», – приводятся в тексте пояснения старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН Юрия Алексеевича Пупкова.

Пока еще не известно, какой металл выберут для снятия тепла в экспериментальных бланкетных модулях ИТЭР. В настоящее время  рассматривается вариант сплава свинца и лития, но, как отмечают ученые, какой именно жидкий металл выберут, не имеет значения, потому что базовые закономерности будут одни и те же. «Эти работы позволят обосновать технические решения при выборе параметров теплоносителя и контуров охлаждения реакторов на быстрых нейтронах и перспективных термоядерных систем», - отмечается в сообщении. 

Сейчас стенд готовится к вводу в эксплуатацию контура, заполненного ртутью, монтируется специализированная вентиляция. Магнит, изготовленный в ИЯФ СО РАН, уже подключили к установке и провели проверку надёжности всех систем – опробовали охлаждение, измерили рабочий ток, аварийное отключение с полной мощности. В настоящее время установки ОИВТ РАН являются единственными в мире действующими ртутными стендами, на которых можно зондовыми методами с высокой точностью проводить комплексные исследования локальных и интегральных характеристик гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР и других термоядерных реакторов-токамаков.