Ученые МИФИ разработали методику раннего выявления кризиса теплоотдачи в реакторах

Методика основана на колебаниях температуры теплоотдающей поверхности и позволяет заранее заметить опасный перегрев. Пока её проверяли на жидком азоте и воде.

Специалисты НИЯУ МИФИ разработали методику ранней диагностики кризиса теплоотдачи. Это опасный режим, при котором в реакторе резко ухудшается охлаждение. По словам доцента кафедры теплофизики НИЯУ МИФИ Кирилла Куценко, методика должна повысить безопасность и экономическую эффективность атомных станций и предотвратить выход из строя электроники.

Кризис возникает, когда на поверхности нагревателя образуется много центров парообразования и формируется паровая пленка. Она действует как теплоизолятор и не дает теплоносителю касаться нагревателя, поэтому тепловыделяющий элемент может перегреться и разрушиться. В реакторах типа ВВЭР объемное кипение недопустимо. Общепризнанной модели кипения до сих пор не существует.

На реальных АЭС таких инцидентов сейчас не происходит благодаря запасу: реакторы работают не на пределе возможностей. Из-за этого станции недогружены, а повышение мощности даже на несколько процентов принесло бы большую прибыль. Для этого, по словам Куценко, нужны надежные инструменты контроля.

Методика основана на анализе колебаний температуры теплоотдающей поверхности. По словам ученых, эти колебания позволяют определять режим течения теплоносителя, его закипание и наступление кризиса теплоотдачи в реальном времени. Ключевая особенность — возможность прогнозировать опасность до её появления. Давление и расход теплоносителя измеряются всегда, а температуру поверхности тепловыделяющего элемента измеряют только на исследовательских сборках, поэтому ученые ищут корреляции между этими параметрами и температурой.

Методику создавали для атомной энергетики, но её можно применить и в других областях. В проекте «Прорыв» Росатома используют жидкометаллические теплоносители — натрий, свинец и висмут, которые не должны закипать. Теория, по словам Куценко, применима к любым жидкостям, в том числе к тем, что охлаждают сверхпроводящие магниты больших ускорителей. Разработка актуальна и для микроэлектроники: при больших токах в чипах может неконтролируемо расти тепловая мощность, поэтому важно охлаждать их специальными жидкостями.

Конечная цель разработки — программно-аппаратный комплекс, «советчик» для оператора АЭС. Он должен работать в реальном времени и предупреждать о риске закипания. В перспективе планируется использовать технологии искусственного интеллекта. Сейчас идет этап моделирования и набора экспериментальных данных, в том числе на базе партнеров — НИКИЭТ и «Гидропресса», где есть стенды с более высоким давлением. Разработка уже проверена на разных теплоносителях, включая жидкий азот и воду. В планах — быстродействующий софт и специальный прибор.

Поиск