Развитие мировой энергетики неотделимо от поиска принципиально новых, более чистых и эффективных технологий, среди которых особое место занимают двухжидкостные ядерные реакторы IV поколения.

Эти перспективные установки призваны решить одну из главных проблем атомной индустрии — проблему радиоактивных отходов — за счет замыкания ядерного топливного цикла, что позволит многократно использовать уран. Об этом сообщает информационное агентство «ТАСС».

Однако переход от теории к практике требует кардинального пересмотра привычных инженерных подходов, поскольку вместо традиционных твердых тепловыделяющих элементов в сердце таких реакторов циркулирует жидкий сплав из хрома и урана. Этот высокотемпературный расплав движется по особому контуру, отдавая свое тепло через систему сообщающихся протоков, заполненных другим жидким металлом — расплавленным свинцом. Подобная двухжидкостная концепция сулит колоссальные преимущества, увеличивая КПД реактора примерно на треть по сравнению с классическими установками и открывая возможность для непрерывной переработки топлива прямо в процессе работы.

Тем не менее на пути к созданию работающих промышленных образцов физики столкнулись с серьезным математическим вызовом: жидкое ядерное топливо передает тепло совершенно иначе, чем привычные вода или воздух, из-за чего существующие стандартные модели турбулентности оказываются неточными. Возникающая расчетная неопределенность долгое время мешала ученым однозначно ответить на вопрос, применимы ли вообще классические модели к урановым расплавам.

Как объясняет научный сотрудник Московского физико-технического института (МФТИ) Константин Сергеенко, любая ошибка в расчетах температуры грозит либо недооценкой реальных тепловых нагрузок, либо излишне консервативным, экономически невыгодным проектированием. Чтобы исключить эти риски и обеспечить абсолютную надежность систем аварийного расхолаживания, международный коллектив исследователей обратился к возможностям суперкомпьютерного моделирования. Взяв за основу проект экспериментального реактора DFR, физики создали его детальную компьютерную модель и провели эталонные расчеты того, как именно ведет себя жидкое топливо при обтекании теплообменных стержней. Полученные высокоточные данные авторы работы сопоставили с прогнозами двух популярных подходов: относительно сложной модели RSM GBSL и ее более простого аналога. Результаты этого сравнения преподнесли приятный сюрприз: более простая модель справилась с задачей моделирования естественной циркуляции жидкого металла эффективнее своего сложного конкурента. Всесторонне оценив точность этой модели при различных параметрах, ученые смогли подобрать оптимальный и наименее ресурсоемкий подход для расчета тепловых режимов.

В перспективе это открытие позволит инженерам отказаться от дорогостоящих суперкомпьютерных вычислений там, где упрощенная модель уже доказала свою надежность. В результате проектировщики получат точный инструмент для предсказания теплового состояния реакторов нового типа, что значительно ускорит появление безопасных, высокоэффективных и экологичных атомных станций будущего.