ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЛИТИЯ, СВИНЦА И ВИСМУТА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Современные представления о развитии энергетического сектора России связаны с проектированием и технической реализацией термоядерных реакторов на быстрых нейтронах. Для этих энергетических установок предлагают в контурах охлаждения тепловыделяющих элементов и теплоотдачи использовать тритий-воспроизводящие жидкие расплавы двух- и трехкомпонентных систем, содержащих висмут, свинец и литий. Позитивными характеристиками этих расплавов являются высокая температура испарения, возможность повышения температуры рабочей зоны при практически неизменном давлении, уменьшение габаритов реактора и другие качества, определяемые теплофизическими свойствами чистых компонентов. Поэтому в данной работе функции, полученные в авторской модели сосуществования в локально-равновесной области двух идеальных фаз с разными параметрами порядка, применены для аппроксимации массивов экспериментальных данных по теплофизическим характеристикам лития, свинца, висмута и их сплавов. В отличие от ранее используемых подходов (электрон-фононная модель, интерполяция данных степенными полиномами и другие) предложенная модель описывает с помощью непрерывной функции возрастание теплоемкости при увеличении температуры; с единых позиций моделирует пик теплопроводности в окрестности абсолютного нуля и ее дальнейшие изменения. Модель с малыми погрешностями отображает на температурных зависимостях особенности в виде конечных скачков, пиков и ям с округлыми и острыми вершинами. Она позволяет провести адекватное моделирование удельного электросопротивления, а также получить достаточно хорошие оценки теплофизических свойств сплавов, исходя из данных об аналогичных характеристиках их компонентов. В работе установлена схожесть теплофизических свойств бинарной эвтектической системы висмут-свинец и тройного расплава висмут-свинец-литий. Также продемонстрированы изменения теплофизических свойств чистых металлов при их смешении.

Об авторах

С. В. Терехов

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Email: sviter@yandex.ru
Донецк, Россия

Список литературы

  1. Безносов А.В., Драгунов Ю.Г., Рачков В.И. Тяжелые жидкометаллические теплоносители в атомной энергетике. М.: ИздАт. 2007.
  2. Союстова С.И. Прогнозирование термодинамических характеристик трехкомпонентного расплава Pb-Bi-Li как перспективного теплоносителя термоядерного реактора / Автореф. канд. физ.-мат. наук. М.: Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. 2011.
  3. Красин В.П., Крылова Е.В., Музычка А.Ю. Жидкометаллические теплоносители с точки зрения их совместимости с конструкционными материалами // Известия СПбГЭ ТУ «ЛЭТИ». Химические науки. 2016. № 3. С. 77–82.
  4. Дышекова Ф.Ф. Поверхностное натяжение расплавов свинца и висмута с участием лития и смачиваемость ими реакторных сталей / Автореф. канд. физ.-мат. наук. Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова. 2016.
  5. Свойства элементов. Справочник / Под ред. М.Е. Дрица. М.: Металлургия. 1985.
  6. Физические величины. Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.
  7. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.: Машиностроение. 1975.
  8. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука. 1974.
  9. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия. 1989.
  10. Алчагиров Б.Б., Мозговой А.Г., Шампаров Т.М. Плотность расплавленного висмута при высоких температурах // Теплофизика высоких температур. 2004. 42. № 3. С. 487–490.
  11. Хасанов А.И. Влияние малых добавок лития, кальция, висмута, серебра и никеля на плотность и поверхностное натяжение свинца и смачивание им спецсталей. / Дис. канд. физ.-мат. наук. Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова. 2016.
  12. Станкус С.В., Абдуллаев Р.Н., Хайрулин Р.А. Изменение плотности висмута и щелоч-ных металлов при переходе к жидкому состоянию // Теплофизика и аэромеханика. 2016. 23. № 6. С. 951‒956.
  13. Чусов И.А., Проняев В.Г., Новиков Г.Е., Обысов Н.А. Соотношения для расчета транспортных и термодинамических свойств эвтектики свинец-висмут // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2020. № 1. С. 107‒120.
  14. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка. 1985.
  15. Агажанов А.Ш. Экспериментальное исследование теплопроводности и температуропроводности жидких теплоносителей конструкционных материалов ядерной энергетики / Дис. канд. физ.-мат. наук. Новосибирск: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. 2016.
  16. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф., Архестов Р.Х., Кясова О.Х. Поверхностное натяжение и адсорбция лития в сплавах на основе висмута // Известия РАН. Серия физическая. 2016. 80. № 11. С. 1559–1563.
  17. Гузачев М.А., Константинова Н.Ю., Попель П.С., Мозговой А.Г. Температурные зависимости кинематической вязкости жидких висмута, свинца и их взаимных растворов // Теплофизика и аэромеханика. 2011. 18. № 3. С. 485–491.
  18. Кириллов П.Л., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства жидкометаллических теплоносителей. Обзор. ФЭИ-0291. М.: ЦНИИатоминформ. 2000.
  19. Хайдаров А.М. Влияние олова, висмута и иттербия на физико-химические свойства свинца / Дис. канд. техн. наук. Душанбе: Таджикский технический университет им. академика М.С. Осими, 2023.
  20. Окилов Ш.Ш. Физико-механические и химические свойства свинцово-сурьмяного сплава ССу3 с литием, натрием и калием / Дис. канд. техн. наук. Душанбе: Институт химии им. В.И. Никитина. 2024.
  21. Станкус С.В., Хайрулин Р.А., Мозговой А.Г. и др. Плотность свинца в твердой и жидкой фазах при температурах 300–1800 К // Перспективные материалы. 2004. № 6. С. 30–35.
  22. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф., Архестов Р.Х. Поверхностное натяжение расплавов свинец-литий // Журнал физической химии. 2016. 90. № 11. С. 1710–1718.
  23. Сорокин А.П., Кузина Ю.А., Асхадуллин Р.Ш., Алексеев В.В. Исследования физхимии и технологии щелочных жидкометаллических теплоносителей для ядерных и термоядерных энергетических установок // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2022. № 3. С. 5–17.
  24. Ходжаназаров Х.М. Физико-химические свойства свинцового баббита Б (PbSb15Sn10) с литием, натрием и калием / Дис. канд. техн. наук. Душанбе: Институт химии им. В.И. Никитина. 2023.
  25. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф., Афаунова Л.Х., Коков З.А. Оценка критической температуры эвтектического сплава свинец-висмут на основе экспериментальных данных о поверхностном натяжении // Доклады Адыгской (Черкесской) Международной академии наук. 2013. 15. № 2. С. 114‒118.
  26. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф. Поверхностное натяжение расплавов свинец-висмутовой эвтектики с литием // Теплофизика высоких температур. 2016. 54. № 6. С. 866–871.
  27. Martellia D., Venturinia A., Util M. Literature review of lead-lithium thermophysical properties // Fusion Engineering and Design. 2019. 138. P. 183–195.
  28. Абдуллаев Р.Н., Агажанов А.Ш., Хайрулин Р.А., Станкус С.В. Термические свойства жидких сплавов литий-свинец околоэвтектического состава // Теплофизика и аэромеханика. 2016. 23. № 2. С. 257–263.
  29. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф., Альбердиева Д.Х. Температурная зависимость поверхностного натяжения и оценка критической температуры эвтектического расплава свинец-литий // Доклады Адыгской (Черкесской) Международной академии наук. 2014. 16. № 2. С. 86–90.
  30. Алчагиров Б.Б., Дышекова Ф.Ф., Тлупова М.М. Поверхностное натяжение тройных сплавов лития на основе эвтектического расплава свинец-висмут // Доклады Адыгской (Чекесской) Международной академии наук. 2014. 16. № 4. С. 85–90.
  31. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1980.
  32. Кошман В.С. Об одном подходе к обобщению опытных данных по теплофизическим свойствам элементов Периодической системы Д.И. Менделеева // Пермский аграрный вестник. 2014. № 2(6). С. 35–42.
  33. Терехов С.В. Расчет теплоемкостей и коэффициентов линейного теплового расширения металлов легкой и тяжелой триад платины // Теплофизика высоких температур. 2023. 61. № 5. С. 679–684. https://doi.org/10.31857/S0040364423050186
  34. Терехов С.В. Термодинамическая модель размытого фазового перехода в металлическом стекле Fe40Ni40P14B6 // Физика и техника высоких давлений. 2018. 28. № 1. С. 54–61.
  35. Терехов С.В., Лимановский А.И. «Фаза пустоты» и размытый фазовый переход // Физика и техника высоких давлений. 2018. 28. № 3. С. 65–74.
  36. Терехов С.В. Применение модифицированного правила смешения компонентов и их данных для феноменологического расчета теплофизических свойств сплавов свинца с калием // Расплавы. 2025. № 2. С. 125‒142. https://doi.org/10.31857/S0235010625020048
  37. Terekhov S.V. Semi-Empirical Predictive Calculation of the Thermal-Physical Properties of Potassium-Sodium Melts Based on their Component Data // Nuclear Energy and Technology. 2025. 11(2). P. 89‒95. https://doi.org/10.3897/nucet.11.160016
  38. Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970.
  39. Stølen S., Grande T. Chemical thermodynamics of materials: macroscopic and microscopic aspects. Chichester West Sussex: John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, 2004.
  40. Петрунин Г.И., Попов В.Г. Теплофизические свойства вещества Земли. Ч. 1. М.: МГУ, 2011.
  41. Ягодин Д.А. Исследование структурной неоднородности расплавов Ga-Bi и Pd-Si методами акустометрии и гамма-денситометрии / Автореф. канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Уральский государственный педагогический университет. 2007.
  42. Берман Р. Теплопроводность твердых тел. М.: Мир. 1979.
  43. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. Справочник под ред. Н.А. Силина. М.: НПО «Информация и технико-экономические исследования». 1992.
  44. Елманов Г.Н., Залужный А.Г., Скрытный В.И. и др. Физика твердого тела / Физическое материаловедение. В 6 т. Т. 1 / Под общей ред. Б.А. Калина. М.: МИФИ. 2007.
  45. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. М.: Мир. 1968.
  46. Никитин В.И., Никитин К.В. Развитие и применение явления структурной наследственности в алюминиевых сплавах // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2014. 7. № 4. С. 424‒429.
  47. Станкус С.В., Хайрулин Р.А., Мозговой А.Г. Экспериментальное исследование плотности и термического расширения перспективных материалов и теплоносителей жидкометаллических систем термоядерного реактора. Свинец-литиевая эвтектика // Теплофизика высоких температур. 2006. 44. № 6. С. 838–846.
  48. Hubberstey P., Sample T., Barker M.G. Is Pb-17Li really the eutectic alloy? A redeterminatio n of the lead-rich section of the Pb-Li phase diagram (0.0 < xLi (at. %) < 22.1) // Journal of Nuclear Materials. September 1992. 191–194. Part A. P. 283–287.
  49. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. Т.1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение. 1996.
  50. Савиных А.С., Гаркушин Г.В., Разоренов С.В. Влияние температуры на динамический предел упругости и откольную прочность свинцово-висмутового сплава при давлении ударного сжатия до 2.4 GPa // Журнал технической физики. 2023. 93. № 3. С. 380‒386. https://doi.org/10.21883/JTF.2023.03.54849.269-22
  51. Крукович М.Г. Расчет эвтектических концентраций и температуры в двух и многокомпонентных системах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 10. С. 9–17.
  52. Ганеев А.А., Халиков А.Р., Кабиров Р.Р. Разработка методики расчета эвтектических концентраций и температур диаграмм состояния // Вестник УГАТУ. 2008. 11. № 2 (29). С. 116–122.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».