Единственная в мире подводная лодка на жидкометталличеком теплоносителе.
Впервые реакторы на жидкометаллических теплоносителях появились еще в 1950 году, работы велись и в СССР, и в США. На территории современной России разработки проходили в Физико-энергетическом институте СССР под руководством ученого Академии наук Украинской ССР А. И. Лейпунского. Первый реактор такого типа был установлен на подводную лодку К-27, которая создавалась специально для проведения опытов. Создание реакторов на ЖМТ становится очень перспективным направлением, что обусловлено их компактностью, уменьшением затрат по времени для набора мощности, необходимой для маневрирования во время боевых действий, и в связи с повышением потенциальной безопасности реактора. Такие реакторы могут самостоятельно уменьшать мощность работы в случае аварийных ситуаций.
В случаях турбулентного течения жидкостей по трубам, тепло передается благодаря турбулентному смешиванию потоков жидкостей и за счет молекулярной теплопроводности жидких металлов. Жидкометаллические теплоносители проводят тепло намного лучше, нежели другие теплоносители. Именно это свойство определяет большую долю тепла, которое переносится благодаря теплопроводности, а также обеспечивает лучшую теплопередачу для жидких щелочных металлов, что собственно и позволило определить широту их применения в роли теплоносителей.
Подобные жидкие металлы — единственные теплоносители, которые способны удовлетворять всем требованиям со стороны науки не только по отношению к свойствам теплоотводности, но и по отношению к ядерным свойствам теплоносителя, которые требуются как от реакторов — размножителей, так и от энергетических реакторов, работающих на промежуточных и быстрых нейтронах.
Применение жидкометаллических теплоносителей в качестве топлива в ядерных установках обусловлено несколькими достоинствами таких металлов:
1)В основе применения лежат свойства малой упругости паров жидких металлов. Давление в реакторе, работающем на ЖМТ, определяется только потерей напора жидкости в контуре, обычно оно меньше 7 атмосфер. Пониженное давление значительно упрощает устройство реактора, а также его эксплуатацию, но помимо этого упрощается и система вспомогательного оборудования станции.
2) Температура кипения жидких щелочных металлов делает работу более гибкой. Так, при повышении температуры теплоносителя на выходе из системы реактора значительно, то начинается плавление тепловыделяющих элементов, которое обусловлено образованиями паровой пленки, но этот процесс не пойдет. Возможные тепловые потоки не имеют ограничений по критическим тепловым нагрузкам. Такие реакторы, построенные на основе натриевого контура, выделяют потоки тепла энергией до 2,3×106 ккал/м²•ч и удельную напряжённость в 1000 кВт/л.
3)Свойства повышенной электропроводности жидких щелочных металлов дает возможность полноценного использования герметизированных электронасосов как постоянного, так и переменного тока. Расход энергии на прокачивание у жидких металлов чуть больше, чем у воды. Но среди металлов лучшие характеристики в расходе энергии на прокачивание именно у щелочных металлов. Так, расход энергии на прокачивание для ртути больше в 2,8 раза, а для висмута в 4,8 раза по сравнению с щелочным натрием.
4)Щелочные жидкие металлы из ряда Na—K почти не оказывают коррозионное и эрозионное влияние на конструкцию реактора, соответственно при создании системы, которая будет с ними работать, можно применять и обычные материалы.
Самым дешёвым среди жидких металлов является щелочной натрий. Объём теплопередающей системы сравнительно мал и перезарядка требуется достаточно редко, а значит, затраты на теплоноситель можно совсем не учитывать.
К недостаткам устройства реактора на ЖМТ следует отнести:
1)Одной из основных особенностей щелочных металлов является большая химическая активность. Больше всех опасны реакции таких металлов с водой, вот почему системы, работа которых основана на пароводяных циклах, должны иметь устройства, которые обеспечивают взрывобезопасность. Соприкосновение металла с паром или с кислородом воздуха не представляет опасности так как реакция горения не идет, но во избежании окисления металла, необходимо исключить любое соприкосновение с воздухом. Окись Na не растворяется в жидком ряду металлов от Nа до K, а взаимодействие с окислами может привести к закупорке отдельных каналов. Наличие в жидком Na и Na—K окислов натрия увеличивает коррозионные свойства теплоносителей. Щелочные металлы Na—K должны обязательно храниться в инертном газе: He или Ar.
2)Необходимость устраивать биологическую защиту для теплопередающей системы, а именно наружной части контура, может быть вызвана активацией теплопередающей системы. Решить эту проблему становится сложнее из-за γ-излучения высокой энергии или при тормозном излучении.
3)У изотопов Na и К малые периоды распада, однако, если происходит загрязнение металлов активными примесями большого периода распада, то поддерживать защиту от активности становится гораздо сложнее. Тогда необходимо создание конструкции, которая имела бы возможность вывода всего жидкого металла из системы реактора в случае ремонта. Все это требует тщательного выбора металлов без каких-либо примесей.
4)Все жидкие металлы — одноатомные вещества, именно поэтому обычно не возникает проблем с радиационными сбоями в теплоносителях. Несмотря на то, что часть атомов жидкого щелочного металла все-таки переходит в другой металл, количество подобных превращений в существующих нейтронных потоках ничтожно мало.
5)Дополнительные устройства, использование которых необходимо из-за применения жидкометаллических теплоносителей в системе реактора, значительно усложняют конструкцию ядерно-энергетической установки.
К дополнительным устройствам следует отнести:
1)Установки по плавлению и передавливанию жидкого металла в контур, что не требуется для металлов ряда Na—K.
2)Система по удалению окислов. Это устройство, включается параллельно основным контурам и имеет малый расход жидкого щелочного металла, так организуется постоянная очистка теплоносителей от окислов.
3)Емкости для сбора паров жидких металлов, которые уносятся за счет газового потока из системы реактора в случаях опорожнения или заполнения.
4)Также к недостаткам применения жидкого натрия следует отнести и его способность проникновения в поры графитовых стержней. Наличие больших объемов балластного натрия в порах графита может привести к существенным потерям нейтронов, в связи большим сечением площади захватов нейтронов натрием. Чтобы предотвращать эти процессы, между натрием и графитом помещают защитный слой из металлической фольги, которая не будет поглощать нейтроны, например из циркония.