Исследование высокотемпературных свойств материалов атомной энергетики в жидком и околокритическом состояниях: первопринципный расчет и эксперимент

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-79-10398

НазваниеИсследование высокотемпературных свойств материалов атомной энергетики в жидком и околокритическом состояниях: первопринципный расчет и эксперимент

Руководитель Минаков Дмитрий Вячеславович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые слова атомная энергетика, уравнение состояния, плавление, критическая точка, электровзрыв проводников, уран, цирконий, железо

Код ГРНТИ29.19.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Знание высокотемпературных теплофизических свойств материалов атомной энергетики, их уравнений состояния, крайне необходимо для анализа ядерной безопасности атомных реакторов, эксплуатируемых в настоящее время или планируемых к эксплуатации в будущем, в том числе для моделирования поведения атомных энергетических установок при критических воздействиях; прогнозирования условий, которые могут привести к тяжелым техногенным авариям; анализа их последствий. В этой связи особую важность имеет точное знание параметров, при которых в рассматриваемой системе произойдет фазовый переход. Это может быть изменение типа кристаллической решетки, плавление или испарение. Метод импульсного нагрева проводников позволяет получить свойства в той высокотемпературной области, которая недостижима для стационарных исследований. Однако интерпретация результатов таких экспериментов затруднена в виду скорости и сложности протекающих физических явлений, а экспериментальные данные, получаемые разными авторами, зачастую значительно различаются. Цирконий и железо являются одними из основных конструкционных материалов ядерных энергетических установок. Однако их свойства в жидкой фазе до сих пор известны лишь приблизительно. Так плотность жидкого циркония в точке плавления, измеренная разными авторами, отличается почти на 10%, а чистого железа - на 3%. Расхождение в оценках наклона кривой теплового расширения почти в двукратное для обоих металлов. Оценки критической температуры также разнятся почти в два раза. Что касается урана, то на текущий момент даже приблизительно не известны границы двухфазной области жидкость-газ для этого металла. В этой связи уникальная, не имеющая ранее аналогов, кооперация первопринципного расчета и эксперимента, предлагаемая коллективом данного проекта, позволит получить надежные данные о теплофизических свойствах жидкости этих критически важных металлов ядерной промышленности. Экспериментальные данные будут оперативно интерпретироваться и верифицироваться результатами квантовых молекулярно-динамических расчетов. Подобных комплексных расчетно-экспериментальных исследований ранее не проводилось, поэтому опыт такого сотрудничества и полученные результаты будут уникальными. Полученные данные помогут существенно улучшить существующие полуэмпирические уравнения состояния урана, циркония и железа, устранив в том числе скандальную неопределенность в теоретических оценках их критических параметров. С учетом практической важности и гипотетической опасности рассматриваемых материалов, решение данной задачи имеет огромное общемировое и общечеловеческое значение.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фокин В.Б., Минаков Д.В., Левашов П.Р. Ab initio calculations of transport and optical properties of liquid Zr near melting Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2021)

2. Минаков Д.В., Парамонов М.А., Левашов П.Р. Thermophysical properties of liquid molybdenum in the near-critical region using quantum molecular dynamics Physical Review B, V. 103(18), P. 184204 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.103.184204

3. Парамонов М.А., Минаков Д.В., Фокин В.Б., Князев Д.В., Демьянов Г.С., Левашов П.Р. Ab initio inspection of thermophysical experiments for zirconium near melting Journal of Applied Physics, V. 132 (6), P. 065102 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0088504

4. Фокин В.Б., Минаков Д.В., Левашов П.Р. Ab Initio Calculations of Transport and Optical Properties of Dense Zr Plasma Near Melting Symmetry, 15(1), 48 (год публикации - 2023)
10.3390/sym15010048

5. Влияние Учета Спиновой Поляризации На Ab Initio Расчеты Теплового Расширения Твердого Железа Влияние Учета Спиновой Поляризации На Ab Initio Расчеты Теплового Расширения Твердого Железа Вестник Объединенного института высоких температур (Вестник ОИВТ РАН), 8(2),13-17 (год публикации - 2022)
10.33849/2022203

6. А.В. Дороватовский, М.А. Шейндлин, В.Б. Фокин, Д.В. Минаков Удельное Сопротивление Циркония В Окрестности Плавления: Эксперимент И Первопринципный Расчет Теплофизика высоких температур (год публикации - 2023)

7. А.В. Дороватовский, М.А. Шейндлин, Д.В. Минаков Прямое Измерение Наклона Кривой Плавления Циркония В Динамическом Эксперименте По Импульсному Нагреву Теплофизика высоких температур (год публикации - 2023)

8. И. С. Гальцов, М. А. Парамонов, В. Б. Фокин, Д. В. Минаков, А. В. Дороватовский, М. А. Шейндлин Исследование Высокотемпературных Теплофизических Свойств Железа: Первопринципный Расчет И Эксперимент Теплофизика высоких температур (год публикации - 2023)

9. Дороватовский А.В., Шейндлин М.А., Минаков Д.В. Direct Measurement of Zirconium Melting Line up to 4 kbar by Isobaric Pulse Heating Method High Temperature (год публикации - 2023)
10.1134/S0018151X23060123

10. Гальцов И.С., Минаков Д.В. Accounting for spin polarization in ab initio calculations of thermal expansion of solid iron Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2022)

Публикации