Экспериментальное исследование изменения уровня свинцового теплоносителя при барботаже газов через насадки различной геометрии

Представлены результаты экспериментального исследования изменения свободного уровня высокотемпературного свинцового теплоносителя при барботаже аргона и водорода через насадки различной геометрии в стационарной емкости от времени введения газа. Методика эксперимента содержала несколько этапов, каждый из которых включал введение в толщу жидкого свинца газов с помощью компрессора в течение 3 часов с измерением уровня 1 раз в час и последующей выдержкой в течение 1 часа без барботирования, за которой также следовало измерение уровня. Эксперименты проведены с тремя типами насадок с разными вводимыми газами: аргон и водород. В ходе экспериментов также варьировался контрольный объем свинца. Результаты экспериментов показывают, что в условиях относительно малых объемов свинцового теплоносителя значительного изменения свободного уровня теплоносителя вследствие насыщения теплоносителя газом не происходит. При этом данный эффект не наблюдается для обоих применяемых в ядерных реакторах с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями газами: ни для аргона, ни для водорода. Также возникновение эффекта не было обнаружено при изменении способа ввода газовой фазы: эксперименты с различной геометрией насадок не показали значительного изменения высоты свободного уровня. Результаты экспериментального исследования могут быть полезны для проектировщиков реакторных установок с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями со свободным уровнем теплоносителя. Последующим продолжением данных работ может стать проведение экспериментов с увеличением контрольного объема свинца, использование более совершенных методов измерения уровня теплоносителя, а также фиксация расхода вводимого газа в свинцовый теплоноситель.

1. The economics of hydrogen production: The case of a GEN-IV reactor coupled with a high-temperature electrolysis plant. F. Tassone, S. Lorenzi, M. E. Ricotti, G. Locatelli. Energy 2025; V. 335, 138222, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.138222

2. Обоснование радиационной безопасности реакторной установки БРЕСТ-ОД-300. Н. Е. Дубенков, А. В. Проухин, А. А. Бажанов [и др.] // Атомная энергия 2021; 130(4): 223 – 228. – EDN PNLSTZ.

3. Yang Q., Zheng Y., Wu H. Advancements and challenges in small modular lead/lead bismuth eutectic cooled fast reactors: A 30-2025 overview. Annals of Nuclear Energy 2025; V. 218, 111434, ISSN 0306-4549, https://doi.org/10.1016/j.anucene.2025.111434

4. Latest progress on the thermal-hydraulics research in lead-cooled fast reactors: A review. K. Dong, S. Li, S. He, W. Deng, Jingtan. Chen, Shahid. Ali Khan, P. Ding, W. Li, X. Lan, H. Liu, D. Chen, J. Zhao Applied Thermal Engineering 2025; V. 273 126479, ISSN 1359-4311, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126479

5. Gianfelici S., Grasso G. Research on the safety of heavy-liquidmetal-cooled reactors. EPJ – Nuclear Sciences & Technologies 2025; V. 11, ISSN 2491-9292, https://doi.org/10.1051/epjn/2025020

6. Белая книга ядерной энергетики. Замкнутый ЯТЦ с быстрыми реакторами / под общ. ред. проф. Е. О. Адамова. – М.: Изд-во АО «НИКИЭТ» 2020: 502.

7. Современное состояние и задачи разработок по технологии тяжёлых жидкометаллических теплоносителей (Pb, Pb-Bi). Р. Ш. Асхадуллин, А. Ю. Легких, В. В. Ульянов, И. А. Воронин. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы 2021; 2: 105 – 115. – DOI 10.55176/2414-1038-2021-2-105-115. – EDN BTNYRR.

8. Experimental study on the characteristics of gas–liquid metal two-phase flow in pool. Zh. Mou, L. Zhu, Y. Ouyang, H. Zhang, L. Wan, L. Zhang, S. Tang, L. Pan. Chemical Engineering Science 2025; V. 307, ISSN 0009-2509, https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.121312

9. A comprehensive review of experimental and numerical studies on liquid metal-gas two-phase flows and associated measurement challenges. A. Saraswat, A. Fraile, S. Gedupudi, R. Bhattacharyay, P. Chaudhuri Annals of Nuclear Energy 2025; V. 213, 111104, ISSN 0306-4549, https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.111104

10. Schriener T. M., El-Genk M. S. Gas-lift enhanced natural circulation of alkali and heavy liquid metals for passive cooling of nuclear reactors. International Journal of Multiphase Flow 2021; V. 143, 103783, ISSN 0301-9322, https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103783

11. ГОСТ 3778-98. Свинец. Технические условия. [Текст]. – Взамен ГОСТ 3778-77; введ. 12.11.1998. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации.

12. ГОСТ 3022-80. Водород технический. Технические условия. [Текст]. Введ. 01.01.1981. Москва: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам.

13. ГОСТ 3022-80. Водород технический. Технические условия. [Текст]. Введ. 01.01.1981. Москва: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам.

14. Экспериментальное обоснование проектных характеристик парогенератора РУ БРЕСТ-ОД-300. В. А. Грабежная, А. С. Михеев, А. В. Алехин, А. Е. Крюков, А. А. Тихомиров. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы 2021; 2: 218 – 235. – DOI 10.55176/2414-1038-2021-2-218-235. – EDN GVDUIW.

15. Мицкевич А. В., Попов А. О., Грицай А. С. Анализ замыкающих соотношений по межфазному трению для систем газ-ТЖМТ. Технологии обеспечения жизненного цикла ядерных энергетических установок 2021; 3(25): 9 – 22. – DOI 10.52069/2414-5726_2021_3_25_9. – EDN ZMZESL.

16. 70 лет исследованиям тепломассопереноса, физической химии и технологии теплоносителей в энергетических системах в ГНЦ РФ – ФЭИ. А. П. Cороки, Ю. А. Кузина, В. В. Алексеев, Р. Ш. Асхадуллин, В. Н. Дельнов, Н. А. Денисова. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы 2024; 3: 5–76. – EDN NBVONP.

17. Determination of Oxygen Activity Coefficient and Solubility in Lead Nuclear Coolant by Zirconia Solid Electrolyte. G. Gregori, S. Bassini, A. Antonelli, A. Brunetti, M. Tarantino, L. Silvioli, F. García Ferré. The Journal of Chemical Thermodynamics 2026; V. 212, 107568, ISSN 0021-9614, https://doi.org/10.1016/j.jct.2025.107568

18. Творческое наследие А. И. Лейпунского: теплофизика жидкометаллических теплоносителей для ядерной энергетики. А. П. Cороки, Ю. А. Кузина, В. В. Алексеев, Р. Ш. Асхадуллин, В. Н. Дельнов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы 2023; 3: 150 – 190. – EDN CAEZFP.

19. ГОСТ 427-75. Линейки измерительные металлические технические условия. [Текст]. Введ. 01.01.1977. Москва: Издательство стандартов.