Инженеры Университета Мичигана проверили обычное коммерческое графитовое уплотнение для вала в условиях, очень близких к работе расплавного соляного реактора. Прогон занял 2300 часов. За это время элемент не показал заметной деградации. Для отрасли, где всё обычно упирается в высокую температуру и химически жёсткую среду, результат получился вполне прикладной.
Испытание шло на стенде Shaft Seal Test Facility. Его собрали специально под проверку узла герметизации вращающихся деталей насосов. Тут задача не только удержать расплав внутри контура, но и не пустить наружу агрессивные пары и токсичные газы, в том числе фтороводород. Поэтому уплотнение гоняли не в абстрактной лабораторной схеме, а в режиме, который уже похож на работу будущих реакторов.
Стенд устроили довольно просто: два бака из нержавеющей стали соединили трубопроводами. В нижний залили 32 кг соли FLiNaK — смеси фторидов лития, натрия и калия. Её часто берут как близкий аналог расплавов для ядерной энергетики, хотя радиоактивных компонентов там нет. Вал с электродвигателем крутился со скоростью 1500 оборотов в минуту, а уплотнение всё это время держало высокую температуру, пары и разные защитные газы.
Первые дни ушли на притирку. Около 10 дней элемент выходил на стабильный режим. Трение сформировало микрозазор, и давление внутри системы выровнялось. Дальше уже можно было смотреть, как узел ведёт себя без этой начальной суеты, и сравнивать реакцию на смену условий.
Здесь и оказался главный момент. После 2300 часов работы команда не увидела ни заметной коррозии, ни разрушения графитового уплотнения. Температура и частота вращения вала почти не меняли картину. Сильнее всего на эффективность влиял состав защитного газа.
Лучше всего сработал аргон. При том же расходе он давал более высокое давление в баке, чем гелий и азот. Для таких установок это не мелочь: в реальной системе даже состав инертной атмосферы может заметно менять поведение всего контура.
Само испытание выделяется не только длительностью. По данным исследователей, в мире меньше 10 установок смогли провести тесты с более чем 10 кг высокотемпературных фторидных солей и с продолжительностью свыше 100 часов. На этом фоне 2300-часовой прогон выглядит уже не обычным стендовым экспериментом, а довольно серьёзной проверкой того, что узлы для MSR можно испытывать не только на бумаге.
Расплавные соляные реакторы много лет остаются одной из самых обсуждаемых альтернатив классическим ядерным схемам. У них высокая рабочая температура и низкое давление, но есть и обратная сторона — химически активная среда. И вот тут начинаются самые неприятные инженерные вопросы: сколько проживут уплотнения, клапаны, насосные узлы, можно ли на них вообще опереться в коммерческой установке.
Авторы работы рассчитывают, что эти данные пригодятся при проектировании и масштабировании систем не только для реакторов на расплавах солей, но и для других энергетических установок, где нужны долговечные узлы герметизации в тяжёлых условиях. Дальше отрасль, по сути, упрётся в более крупные стенды и компоненты, рассчитанные на ещё более долгую работу без обслуживания.