ВЯЗКОСТЬ РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ LiF–BeF2

Методом ротационной вискозиметрии с использованием высокотемпературного реометра FRS 1600 («Anton Paar», Австрия) получены температурные зависимости динамической вязкости расплавов солей фторидов лития и бериллия, рассматриваемых в качестве кандидатных составов топлива и теплоносителя для жидкосолевого реактора (ЖСР) сжигателя долгоживущих актинидов из отработавшего ядерного топлива водо-водяного энергетического реактора 1000/1200. Применительно к промежуточному и топливному контурам ЖСР исследованы расплавленные солевые смеси 0,66LiF–0,34BeF2 и (0,73LiF–0,27BeF2) + UF4, содержащие 1 и 2 мол.% UF4. Солевые смеси получены методом прямого сплавления компонентов и аттестованы с помощью рентгенофазового и элементного анализов. Выбор параметра «скорость сдвига» (γ) проведен по кривым вязкости, полученным в исследуемых расплавах при температуре 700 °С. Выявлено, что вязкость не зависит от скорости сдвига в интервале γ = 6÷20 с–1. При измерениях температурной зависимости вязкости величина γ составляла 11 с–1. Экспериментально полученные значения вязкости расплавов LiF–BeF2–UF4 в температурном интервале от ликвидуса до 800 °С описываются линейным уравнением lgη = a + b/t, однако их температурные коэффициенты заметно отличаются, что указывает на существенную зависимость вязкости этих расплавов от состава и температуры. Полученные значения вязкости расплава 0,66LiF–0,34BeF2 согласуются с известными литературными данными в пределах 7–10 % в температурном интервале 650–750 °С. С увеличением содержания LiF вязкость расплава падает: она на 20 % ниже в расплаве 0,73LiF–0,27BeF2 при t = 650 °С. Однако при добавлении в него 2 мол.% UF4 при этой же температуре вязкость топливной соли 0,73LiF–0,27BeF2 + + UF4 возрастает на 10 %

1. Williams D.F., Britt P.F. Molten salt chemistry workshop: Report for the US department of energy, office of nuclear energy workshop. USA. Oak Ridge National Laboratory, 2017.

2. Игнатьев В.В., Фейнберг О.С., Загнитько А.В., Мерзляков А.В., Суренков А.И. Жидкосолевые реакторы: Новые возможности, проблемы и решения. Атомная энергия. 2012. Т. 112. Вып. 3. С.135—143.

3. Fradrickson G., Cao G., Gakhar R., Yoo T.-S. Molten salt reactor. Salt processing — Technology status. USA. Idaho National Laboratory, 2018. No. INL/EXT-18-51033.

4. Benes O., Konings R.J.M. Thermodynamic properties, and phase diagrams of fluoride salts for nuclear applications. J. Fluor. Chem. 2009. No. 130. P. 22—29.

5. Holcomb D.E., Cetiner S.M. An overview of liquid-fluoride-salt heat transport systems: report. USA. Oak Ridge National Laboratory, 2010. No. ORNL-TM-2010/156.

6. Williams D.F., Clarno K.T. Evaluation of salt coolants for reactor applications. Nucl. Technol. 2008. Vol. 163. Iss. 3. P. 330—343.

7. Williams D.F. Assessment of candidate molten salt coolants for the NGNP/NHI heat-transfer loop. USA. Oak Ridge National Laboratory, 2006. No. ORNL/TM2006/69.

8. Barnes J., Coutts R., Horne T., Thai J. Characterisation of molten salts for their application to molten salt reactors. PAM review. Energy Sci. Technol. 2019. No. 6. P. 38—55. DOI: 10.5130/pamr.v6i0.1546.

9. Blanke B.C., Bousguet E.N., Curtis M.L., Murphy E.L. Density and viscosity of fused mixtures of lithium, beryllium, and uranium fluorides: AEC research and development report. USA. Mound Laboratory, 1956. No. MLM-1086.

10. Cohen S.I., Jones T.N. Viscosity measurements on molten fluoride mixtures: AEC research and development report. USA. Oak Ridge National Laboratory, 1957. No. ORNL-2278.

11. Cantor S., Cooke J.W., Dworkin A.S., Robbins G.D., Thoma R.E., Watson G.M. Physical properties of molten-salt reactor fuel, coolant, and flush salts: Report. USA. Oak Ridge National Laboratory, 1968. No. ORNL-TM-2316.

12. Cantor S., Ward W.T., Moynihan C.T. Viscosity and density in molten BeF2—LiF solutions. J. Chem. Phys. 1969. Vol. 50. No. 7. P. 2874—2879.

13. Janz G.J. Thermodynamic and transport properties for molten salts: correlation equations for critically evaluated density, surface tension, electrical conductance, and viscosity data. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1988. Vol. 17. Iss. 2. P. 1—77.

14. Desyatnik V.N., Nechaev A.I., Chervinskii Y.F. Viscosity of molten mixtures of beryllium fluoride with lithium and sodium fluorides. J. Appl. Chem. 1981. Vol. 54. Iss. 10. P. 2310—2313.

15. Мерзляков А.В., Игнатьев В.В., Абалин С.С. Измерение кинематической вязкости расплава молярного состава 73LiF—27BeF2 и влияние на вязкость добавок трифторида церия и тетрафторида циркония. Атомная энергия. 2018. Т. 125. No. 2. С. 86—89.

16. Abe Y., Kosugiyama O., Nagashima A. Viscosity of LiF— BeF2 eutectic mixture (xBeF2 = 0.328) and LiF single salt at elevated temperatures. J. Nucl. Mater. 1981. No. 99. P. 173—183.

17. Tasidou K.A., Magnusson J., Munro T., Assael M.J. Reference correlations for the viscosity of molten LiF—NaF— KF, LiF—BeF2, and Li2CO3—Na2CO3—K2CO3. J. Phys. Chem. Ref. Data. 2019. Vol. 48. Iss. 4. No. 043102. P. 1—9.

18. Briggs R.B. Molten-salt reactor program, semiannual progress report. Period ending July 31, 1963. USA. Oak Ridge National Laboratory, 1963. No. ORNL-3529.

19. Williams D.F., Toth L.M., Clarno K.T. Assessment of candidate molten salt coolants for the advanced high-tempera ture reactor (AHTR): Report. USA. Oak Ridge National Laboratory, 2006. No. ORNL-TM-2006/12.

20. Rosenthal M.W., Briggs R.B., Kasten P.R. Molten-salt reactor program semiannual progress report. Period ending August 31, 1969. USA. Oak Ridge National Laboratory, 1970. No. ORNL-4449.

21. Smith A.L., Capelli E., Konings R.J.M., Gheribic A.E. A new approach for coupled modelling of the structural and thermo-physical properties of molten salts. Case of a polymeric liquid LiF—BeF2. J. Molec. Liq. 2020. No. 299. P. 1—24.

22. Salanne M., Simon C., Turq P., Madden P.A. Simulation of the liquid-vapor interface of molten LiBeF3. Comptes Rendus Chimie. 2007. No. 10. P. 1131—1136.

23. MacPherson H.G. Molten-salt reactor project quarterly progress report. Period ending January 31, 1959. USA. Oak Ridge National Laboratory, 1959. No. ORNL-2684.

24. MacPherson H.G. Molten-salt reactor project quarterly progress report. Period ending April 30, 1959. USA. Oak Ridge National Laboratory, 1959. No. ORNL-2723.

25. Roine A. HSC Chemistry® [Software], Outotec, Pori, 2018.

26. Yaws C.L. The Yaws handbook of vapor pressure. Antoine coefficients. Kidlington, Oxford: Gulf Professional Publ., 2015.

27. Olander D.R., Fukuda G.T., Baes Jr.C.F. Equilibrium pressures over BeF2 /LiF (LiF—BeF2) molten mixtures. Fusion Sci. Technol. 2002. Vol. 41. Iss. 2. P. 141—150.

28. Cantor S. Vapor pressures of BeF2 and NiF2. J. Chem. Eng. Data. 1965. Vol. 10. Iss. 3. P. 237—238.

29. Il’ina E., Mushnikov P., Pershina S., Rudenko A., Redkin A., Zaikov Yu., Kholkina A., Voronin V. Thermal properties of LiF—BeF2 and LiF—BeF2—UF4 systems as applied to molten salt reactor technologies. J. Molec. Liq. 2021. Vol. 344. Art. 117731.

30. Wakeham W.A., Nagashima A., Sengers J.V. International union of pure and applied chemistry, commission on thermodynamics. Measurement of the transport properties of fluids. Boston: Blackwell Scientific Publ., 1991.