«РОСАТОМ» / АО «ГНЦ РФ – ФЭИ»

Отдел жидкометаллических технологий, радиохимии и экологии

Технология тяжелых жидкометаллических теплоносителей

Технология тяжелых жидкометаллических теплоносителей (ТЖМТ) – это совокупность технологических мероприятий и операций (процессов), связанных с обеспечением контроля, поддержания требуемого качества теплоносителя и чистоты конструкционных материалов контура с ТЖМТ в экспериментальных и реакторных установках, использующих в качестве теплоносителя расплавы свинца или эвтектику «свинец-висмут».

Важнейшим элементом технологии тяжелого жидкометаллического теплоносителя (ТЖМТ) является контроль и диагностика состояния теплоносителя и поверхностей конструкционных материалов, поскольку именно это определяет отсутствие коррозионных повреждений и шлаковых отложений в контуре, сохранение проектных тепловых и гидродинамических характеристик контура в течение всего ресурса работы установки.

Для защиты конструкционных сталей от коррозии в контурах с ТЖМТ используется так называемая кислородная технология, которая заключается в формировании на поверхностях сталей защитных оксидных пленок. Для обеспечения целостности защитных оксидных пленок в процессе эксплуатации установки необходимо поддержание заданного кислородного режима теплоносителя. Избыток кислорода в ТЖМТ приведет к образованию шлаковых отложений на теплообменных поверхностях контура и оборудования. Малое содержание кислорода в теплоносителе при эксплуатации приведет к развитию коррозии конструкционных сталей.

Типичные примеры отложений шлаков на начальном этапе освоения технологии ТЖМТ (1968–1972 гг.).

В рамках тематики технологии ТЖМТ специалистами отдела жидкометаллических технологий, радиохимии и экологии отработаны как все важнейшие технологические мероприятия обращения с теплоносителем на протяжении всего ресурса работы установок различного назначения, так и разработаны системы контроля состояния теплоносителей, а также системы очистки и регулирования содержания кислорода в них. Разработано и создано множество различных конструкций датчиков термодинамической активности кислорода (ДАК), предназначенных как для применения в малогабаритных исследовательских установках с ТЖМТ, так и для циркуляционных стендов с большим объёмом теплоносителя.

Чувствительные элементы капсульного типа датчиков термодинамической активности кислорода и образцы датчиков ДАК.

Чувствительные  элементы капсульного типа датчиков термодинамической активности кислорода и образцы  датчиков ДАК.

Датчики с тремя чувствительными элементами для реакторных установок на быстрых нейтронах охлаждаемых Pb, Pb-Bi.

Датчики  с тремя чувствительными элементами для реакторных установок на быстрых  нейтронах охлаждаемых Pb, Pb-Bi.

Для управления качеством теплоносителя и поддержания чистоты стенок контура разработаны и используются приемы водородной регенерации, твердофазного растворения кислорода и непрерывной фильтрации.

Технология ТЖМТ позволяет управлять содержанием кислорода в теплоносителе, что гарантирует поддержание теплоносителя на большом периоде работы установки до 50 лет.

Характерное изменение концентрации растворенного кислорода в теплоносителе при эксплуатации контура без применения технологии ТЖМТ (красный пунктир и с применением технологии ТЖМТ зеленая линия).