Отримані дані для моделювання більш безпечних і «чистих» ядерних реакторів.

Проблема в тому, що промислово значущі властивості рідких солей важко виміряти в експерименті через високу температуру та корозійність. Тому для вдосконалення технологій виробництва чистих металів та атомної енергетики потрібні розрахункові моделі, подібні до тієї, що представлена в Journal of Molecular Liquids. Дослідження підтримано грантом РНФ.

Рідкі солі — це великий клас речовин з широким спектром промислово значущих застосувань. Матеріалознавці постійно вдосконалюють склад та характеристики сумішей розплавлених солей, щоб підвищити ефективність виробництва титану, кальцію, алюмінію та інших чистих металів, а також удосконалити ядерні реактори наступного покоління, які ще перебувають на стадії розробки.

Разом із сонячною та вітровою енергетикою атомні електростанції відіграватимуть ключову роль у поступовому переході економіки на безвуглецеву модель. При цьому реактори ядерного синтезу обіцяють багато, але поки що далекі від реалізації. Водночас є інша, більш розроблена технологія в галузі атомної енергетики, для якої якраз потрібні розплави солей з ретельно підібраними фізичними та хімічними властивостями.

Реактори на розплавах солей (рідкосолеві реактори) є безпечнішими, екологічнішими та енергоефективнішими, ніж ті, що переважно використовуються зараз. Їх впровадження усуває ризик вибуху водню, як це сталося під час аварії на АЕС у Фукусімі. Загалом, робочий тиск такого альтернативного реактора близький до атмосферного (на діючих АЕС — 75–150 атмосфер), що є більш безпечним і вигідним з точки зору експлуатаційних витрат. Крім того, в рідкосолеві реактори можна завантажувати паливо, не зупиняючи їх роботу. Більш того, робоча температура в них приблизно вдвічі вища, ніж у сучасних реакторах. А чим вища температура, тим вища ефективність виробництва електричної та теплової енергії.

Також у реакторах на розплавах солей можна буде спалювати радіоактивні відходи, що виникають у поширених зараз ядерних реакторах — нептуній-237, америцій-237 та інші так звані мінорні актиноїди. Наразі ці небезпечні відходи доводиться захороняти, що є вкрай дорогим і не вирішує остаточно проблему їх накопичення. А для рідкосолевих реакторів ці радіоактивні ізотопи могли б стати паливом.

Щоб розкрити потенціал рідких солей у ядерній енергетиці та металургії, інженерам потрібно знати властивості цих речовин за різних термодинамічних умов. При цьому матеріалознавцям непросто забезпечити цю інформацію через велику кількість можливих хімічних складів розплавлених солей. Неможливо розглянути всі комбінації, особливо з проведенням натурних експериментів, які є дорогими та трудомісткими через надзвичайно високу корозійність і температуру розплавів солей.

Результати дослідження прокоментував його перший автор, науковий співробітник Лабораторії методів штучного інтелекту для розробки матеріалів Центру штучного інтелекту Сколтеха Нікіта Рибін: «Направлений обчисленнями пошук розплавів з певними фізико-хімічними властивостями може суттєво спростити і прискорити розвиток ядерних реакторів наступного покоління, оскільки зведе до мінімуму потребу в реальних експериментах.

У цьому дослідженні ми представили та випробували методологію, яка дозволяє розраховувати термофізичні властивості розплавів солей при ненульових температурах. Результати таких розрахунків для солі під назвою FLiNaK (склад: LiF, NaF, KF) відповідають наявним експериментальним даним, тому далі ми розглянемо солі інших складів, проаналізуємо додаткові властивості — так ця методологія буде допомагати підбору матеріалів для реакторів наступного покоління».

Запропоноване науковою групою рішення для розрахунку властивостей рідких солей базується на машинно-навчальних міжатомних потенціалах та молекулярно-динамічному моделюванні. Потенціали навчаються на результатах розрахунків, виконаних з квантово-механічною точністю. Якби не машинне навчання, такі розрахунки виявилися б непосильними з обчислювальної точки зору.