17 июня 2021

Южноуральские ученые создадут «цифровые двойники» для ядерных реакторов

Замыкание топливного цикла решит проблему отходов, а атомная энергетика станет зеленой и безуглеродной. Ученые Челябинской области будут создавать «цифровые двойники» для виртуального моделирования работы ядерных реакторов будущего. Они уже в проекте Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, представительство которого по инициативе губернатора Алексея Текслера недавно открыто в Челябинске. 

Уральские ученые исследуют физико-химические свойства расплавленных солей, которые будут служить средами жидкосолевых ядерных реакторов нового поколения. К проекту присоединится и ЮУрГУ для создания цифровых двойников, моделирующих этот сложнейший процесс.

По словам его авторов, расплавленные соли могут применяться и в качестве реакторной среды, и теплоносителя. Реакторы на расплавленных солях — нового типа, более безопасные, экономичные и экологичные: в случае, если из-за аварии реактор отключится, то расплав затвердеет, а отсутствие воды не приведет к паровым взрывам.

«В жидкосолевых реакторах ядерные процессы будут происходить в среде расплавленных солей, которые должны удовлетворять целому ряду требований, — поясняет заведующая лабораторией электронных процессов ИВТЭ УрО РАН Ольга Ткачева. — Это низкие температура плавления, коррозионная активность, вязкость, давление пара. В то же время должна быть высокая теплоемкость и электропроводность, растворимость «сырья» при малой стоимости и токсичности». 

Как добавила исследователь, меняя содержание компонентов в смеси, можно будет получать расплавы с заданными свойствами. Уже подобраны оптимальные составы расплавленных солей, обеспечивающих рабочую температуру реактора (500-750 °C), и обладающих нужными теплофизическими и гидродинамическими свойствами.

В лабораториях ИВТЭ УрО РАН для исследования физико-химических свойств расплавленных солей имеется уникальное высококлассное оборудование, такое как высокотемпературный реометр для определения вязкости, прибор для измерения теплопроводности, теплоемкости при температурах от комнатной до 1600 °C методом лазерной вспышки, высокоточное оборудование для определения элементного состава веществ.

Как сообщили ученые, «Росатом» уже начал строительство атомного энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах «Брест-ОД-300». Идея в том, чтобы перейти на замкнутый цикл: отработанное ядерное топливо, необогащенный уран, радиоактивные отходы будут подвергаться рефабрикации, то есть из них будет создаваться топливо. С замыканием ядерного топливного цикла будет решена проблема отходов, а атомная энергетика станет «зеленой» и безуглеродной. Проект требует прорывных научных достижений, для решения которых ученые создают коллаборацию.

«Суперкомпьютер ЮУрГУ обладает высокой вычислительной мощностью, в вузе работают высококлассные конструкторы, поэтому достигнута договоренность о совместной работе в рамках проектного направления «Прорыв» «Росатома» по созданию цифровых технологий с использованием цифровых двойников процессов, — рассказал Юрий Зайков, научный руководитель ИВТЭ УрО РАН. — Также вместе с вузом планируется создавать роботизированные комплексы для отбора проб отработанного топлива».

Разработка солевых смесей с оптимальными свойствами для жидкосолевых реакторов в ИВТЭ УрО РАН проводится в рамках Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы», созданного на базе ведущих вузов и предприятий Челябинской, Свердловской и Курганской областей. Он стал одним из победителей федерального конкурса и получил федеральный статус и дополнительное финансирование проектов.

«Наш НОЦ уникален, он объединяет потенциал трех областей Уральского региона, — подчеркнул ректор УрФУ Виктор Кокшаров. — За 2020 год создано 467 новых высокопроизводительных рабочих мест, разработано 623 технологии, которые внедряются в производство. Серьезная работа ведется по 4 прорывным направлениям, и в портфеле УМНОЦ 48 проектов. Поддержка оказывается на уровне как правительств регионов, так и предприятий-партнеров. Накануне председатель правительства РФ Михаил Мишустин сообщил о том, что десять российских научно-образовательных центров мирового уровня получат 128 млн рублей грантовой поддержки на развитие, в их числе и Уральский НОЦ».