Учёные 2300 часов испытывали уплотнение для расплавного реактора и проверили его работу в условиях, близких к реальным

Эксперимент Университета Мичигана показал, что графитовое уплотнение выдержало воздействие высокотемпературной соляной среды без заметной деградации

Учёные из Университета Мичигана завершили редкий длительный эксперимент по проверке коммерческого уплотнения вала для расплавного соляного реактора (Molten Salt Reactor, MSR). Эксперимент длился 2300 часов и проходил в условиях, имитирующих работу компонентов будущих реакторов на расплавах солей.

Для эксперимента была создана специальная установка Shaft Seal Test Facility, в которой проверяли кольцевое графитовое уплотнение. Такие элементы необходимы для герметизации вращающихся деталей насосов и предотвращения выхода агрессивных паров и токсичных газов, включая фтороводород.

Реакторы на расплавах солей работают при более высокой температуре и более низком давлении по сравнению с традиционными реакторами, однако требуют надёжных систем герметизации из-за химически активной среды. В установке Университета Мичигана два бака из нержавеющей стали были соединены трубопроводами: нижний бак содержал 32 кг соли FLiNaK, которая под действием перепада давления перемещалась в верхний бак, имитируя условия внутри активной зоны реактора.

FLiNaK — это смесь фторидов лития, натрия и калия, которая по своим свойствам близка к расплавам, используемым в ядерных системах, но не содержит радиоактивных компонентов. Внутри установки вал с электродвигателем вращался со скоростью 1500 оборотов в минуту, а графитовое уплотнение испытывало воздействие высоких температур, паров и различны защитных газов.

После 2300 часов работы специалисты не обнаружили значительной коррозии или разрушения уплотнения. При этом потребовалось около 10 дней работы для стабилизации элемента: в процессе притирки трение сформировало микроскопический зазор, который позволил сбалансировать внутреннее давление системы.

Эксперимент также показал, что температура работы и скорость вращения вала почти не влияли на эффективность уплотнения. Ключевым фактором оказался выбор защитного газа: аргон обеспечил лучшие показатели по сравнению с гелием и азотом, поддерживая более высокое давление в баке при одинаковых расходах газа.

«Это исследование предоставляет важные экспериментальные данные в реалистичных условиях эксплуатации и помогает закрыть пробел в знаниях для проектирования будущих реакторов», — резюмировал Сяодун Сун (Xiaodong Sun), профессор инженерии и радиологических наук Университета Мичигана.

Длительные эксперименты с высокотемпературными фторидными солями проводятся крайне редко: менее 10 установок в мире смогли поддержать испытания с более чем 10 кг таких материалов продолжительностью свыше 100 часов. Полученные данные будут полезны при проектировании и масштабировании систем для реакторов на расплавах солей и других энергетических установок.