Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) совместно с коллегами из Института высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) Уральского отделения РАН изучили взаимодействие расплавленных солей LiF, NaF, KF с ядерными отходами. По их мнению, это позволит разработать эффективную технологию утилизации опасных радиоактивных отходов.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Physical Chemistry B. 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 растворенным 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 молодой ученый, 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. Разработанная методика моделирования, по мнению ученых, позволит оптимизировать процесс дожигания отходов и заменить часть дорогостоящих испытаний более дешевыми «компьютерными экспериментами».