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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).