В МИФИ изучили применение расплавленных солей для утилизации ядерных отходов

Ученые НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Института высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН изучили взаимодействие расплавленных солей LiF, NaF, KF с ядерными отходами. По их мнению, это позволит разработать эффективную технологию утилизации опасных отходов. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Physical Chemistry B.

Схематическое изображение растворения солей церия и неодима в смеси LiF, NaF и KF (FLiNaK)

Смесь расплавленных солей (LiF, NaF, KF) представляет собой перспективный растворитель для ядерных отходов, поскольку обеспечивает быстрое разложение радиоактивных элементов и хороший теплоотвод.

Ученые из разных стран предлагают также варианты использования расплавленных солей с растворённым в них ураном в качестве ядерного топлива. Для разработки подобных технологий необходимо знать, как меняются вязкость и теплопроводность раствора при разных температурах. 

Исследователи НИЯУ МИФИ и ИВТЭ РАН провели натурное и компьютерное моделирование этих растворов. В экспериментах они заменили радиоактивные актиноиды (торий и уран) на менее опасные лантаноиды (церий и неодим), имеющие похожие физико-химические свойства.

«При компьютерном моделировании мы использовали многомасштабный подход: сначала рассчитали параметры взаимодействия элементов раствора исходя из законов квантовой механики и затем использовали их в молекулярной динамике. В результате нам удалось добиться хорошего соответствия рассчитанных и измеренных характеристик растворов церия и неодима в расплавленных солях (в первую очередь - температурных зависимостей коэффициента самодиффузии и сдвиговой вязкости)», - рассказал профессор кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ Константин Катин.

К 2031 году Госкорпорация «Росатом» планирует запустить в Железногорске первый в России исследовательский жидкосолевой реактор, предназначенный для дожигания долгоживущих ядерных отходов (https://strana-rosatom.ru/2020/05/12/zhidkosolevoj-reaktor-v-razreze/). Разработанная методика моделирования, по мнению ученых, позволит оптимизировать процесс дожигания отходов и заменить часть дорогостоящих испытаний более дешёвыми «компьютерными экспериментами».