Высокоэнтропийный расплав фторидов и хлоридов лития, натрия и калия как возможный теплоноситель для жидкосолевых реакторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассматривается возможный жидкосолевой теплоноситель для реакторов на расплавленных солях из смеси шести фторидов и хлоридов лития, натрия и калия. Этот состав, содержащий меньше солей лития, чем FLiNaK или FLiBe, имеет более высокую термодинамическую стабильность из-за повышенной энтропии смешения. Химическая формула раствора с максимальной энтропией Li1/6Na1/6K1/6F1/4Cl1/4 соответствует смешиванию различных галогенидов щелочных металлов MX (M = Li, Na, K; X = F, Cl), взятых в эквимолярной пропорции. Проведены молекулярно-динамические оценки плотности, теплоемкости, теплопроводности и вязкости. Расчеты свидетельствуют, что данная шестикомпонентная смесь по своим физико-химическим свойствам занимает промежуточное положение между фторидами и хлоридами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. О. Закирьянов

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: N.K.Tkachev@gmail.com
Россия, Екатеринбург

Н. К. Ткачев

Институт металлургии УрО РАН

Email: N.K.Tkachev@gmail.com
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Le Brun C. // J. Nucl. Mater. 2007. Vol. 360. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2006.08.017
  2. Molten Salt Reactors and Thorium Energy / Eds T.J. Dolan, I. Pazsit, A. Rykhlevskii, R. Yoshioka, Elsevier, 2023. https://doi.org/10.1016/C2021-0-01689-8
  3. Krepel J., Dietz J., De Oliveira R. Characterization of the molten chloride fast reactor fuel cycle options, Int. Conf. Fast Reactors and Related Fuel Cycles FR22: Sustainable Clean Energy for the Future (CN-291), Vienna, 2022. https://conferences.iaea.org/event/218/contributions/19007/
  4. Bessada C. From fluorides to chlorides in nuclear energy detection of anionic complexes by NMR, EXAFS and MD at high temperature, EUCHEM Conf., Spain: MSIL, 2024.
  5. Sangster J.S., Pelton A. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1987. Vol. 16. N 3. P. 509–561.
  6. Пригожин И.Р., Дэфей Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966. 509 с.
  7. Cantor B. // Prog. Mater. Sci. 2021. Vol. 120. ID 100754. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100754
  8. Блинкин В.Л., Новиков В.М. Жидкосолевые ядерные реакторы. М.: Атомиздат, 1978. 112 c.
  9. Tkachev N. Three compositions of high-entropy melts of lithium, sodium and potassium fluorides and chlorides as promising coolants for molten salt reactors // ChemRXiv. 2024. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-b6j96
  10. Диаграммы плавкости солевых систем. Многокомпонентные системы / Под. ред. В.И. Посыпайко, Е.А. Алексеевой. М.: Химия, 1977. С. 165.
  11. Бергман А.Г., Березина С.И., Бакумская Е.А. // ЖНХ. 1963. Т. 8. С. 2144.
  12. Zakiryanov D.O., Kobelev M.A., Tkachev N.K. // Fluid Phase Equil. 2020. Vol. 506. ID 112369. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2019.112369
  13. Минченко В.И., Степанов В.П. Ионные расплавы: упругие и калорические свойства. Екатеринбург: ИВТЭ УрО РАН, 2008.
  14. Salanne M., Simon C., Turq P., Madden P.A. // J. Fluorine Chem. 2009. Vol. 130. P. 38–44. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2008.07.013
  15. Ingersoll D.T., Forsberg C.W., MacDonald P.E. Trade Studies for the Liquid-Salt-Cooled Very High-Temperature Reactor: Fiscal Year 2006 Progress Report. Oak Ridge, Tennessee: Oak Ridge National Laboratory, 2007.
  16. An X.-H., Cheng J.-H., Su T., Zhang P. // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1850. ID 070001. https://doi.org/10.1063/1.4984415
  17. Janz G.J., Tomkins R.P.T. Physical Properties Data Compilations Relevant to Energy Storage: IV Molten Salts: Data on Additional Single and Multi-Component Salt Systems, National Standard Reference Data System, National Bureau of Standards Report NSRDS-NBS 61, 1981. Part IV.
  18. Rudenko A., Kataev A., Tkacheva O. // Materials. 2022. Vol. 15. ID 4884. https://doi.org/10.3390/ma15144884
  19. Nguyen D.K., Danek V. Chem. Papers. 2000. Vol. 54. N 5. P. 277–281.
  20. Wang J., Liu C.-L. // J. Mol. Liq. 2019. Vol. 273. P. 447–454. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.10.062
  21. Zakiryanov D.O., Tkachev N.K. // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. Vol. 181. ID 121863. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121863
  22. Gallagher R.C., Birri A., Russell N.G., Phan A.-T., Gheribi A.E. // J. Mol. Liq. 2022. Vol. 361. ID 119151. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119151
  23. An X.-H., Cheng J.-H., Su T., Zhang P. // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1850. ID 070001. https://doi.org/10.1063/1.4984415
  24. Nagasaka Y., Nakazawa N., Nagashima A. // Int. J. Thermophys. 1992. Vol. 13. P. 555–574. https://doi.org/10.1007/bf00501941 https://en.wikipedia.org/wiki/Molten-salt_reactor
  25. Capelli E., Konings R.J.M. // Comprehensive Nuclear Materials. 2020. 2nd Ed. Vol. 7. P. 256–283. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11794-1
  26. Yingling J.A., Schorne-Pinto J., Aziziha M., Ard J.C., Mofrad A.M., Christian S., et al. // J. Chem. Thermodyn. 2023. Vol. 179. ID 106974. https://doi.org/10.1016/j.jct.2022.106974
  27. Smith A.L. // J. Mol. Liq. 2022. Vol. 360. ID 119426. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119426

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Температурные зависимости вязкости различных фторидных и хлоридных расплавов.

Скачать (105KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Коэффициенты теплопроводности расплавов в зависимости от температуры. Пунктирной линией показана линейная аппроксимация расчетных данных.

Скачать (87KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024