Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В течение второго года выполнения проекта проведено экспериментальное исследование термических свойств шести сплавов системы Li–K–Pb с высоким содержанием свинца (Li13K13Pb74, Li10.5K10.5Pb79, Li8.5K8.5Pb83, Li6K6Pb88, Li5K10Pb85 и Li6K9Pb85). Методом просвечивания узким пучком гамма-излучения на плотномере ГП-1 выполнены измерения плотности и объемного коэффициента термического расширения (ОКТР) в интервале от температуры ликвидуса до 1100 К. Погрешности измерений составили 0,2–0,4% для плотности и 1,3–3,3% для ОКТР. Термический анализ всех сплавов выявил наличие тройной эвтектики с температурой эвтектической реакции TE = 493±5 К, что более чем на 100 К ниже температуры плавления чистого свинца. Этот результат имеет важное значение для поиска альтернативных теплоносителей в ядерной энергетике, так как сплавы с высоким содержанием Pb демонстрируют хорошие теплофизические свойства и потенциально меньшую коррозионную активность. Построены контурные диаграммы температуры ликвидуса, которые позволили качественно оценить поверхность ликвидуса для тройной системы Li–K–Pb и определить область поиска эвтектического состава. Для сплавов Li4KPb2 и Li16K3Pb7 проведены дополнительные исследования на плотномере ГП-2, что позволило расширить температурный диапазон измерений до 1200 К. Обнаружены аномалии на температурных зависимостях интенсивности гамма-излучения, свидетельствующие о возможном расслоении расплавов. Профили интенсивности по высоте столба жидкости подтвердили наличие верхнего слоя, обогащенного калием. Полученные данные по плотности и ОКТР для этих сплавов были экстраполированы до температур ликвидуса и представлены в виде таблиц справочных данных. Также проведено исследование интерметаллида LiK3Pb4: измерены приращение энтальпии, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность в интервале до 1100 К. Установлено, что теплопроводность жидкого LiK3Pb4 (2,5–4,3 Вт/(м·К)) на порядок ниже значений, рассчитанных по закону для идеальных растворов, что указывает на сильную локализацию электронов проводимости и формирование ионных комплексов, аналогичных наблюдаемым в бинарных жидких системах "Щелочной металл – Pb". На основе экспериментальных данных построены контурные диаграммы относительного избыточного мольного объема (Vex) и ОКТР для системы Li–K–Pb при 950 К. Максимальное объемное сжатие (Vex = –28%) обнаружено для составов вдоль линии Li4Pb–KPb, что свидетельствует о наличии химического ближнего порядка и формировании устойчивых структур в расплаве. Расчеты по модели Хафнера подтвердили образование комплексов, состоящих преимущественно из атомов Pb и K, что согласуется с представлениями о полианионах Цинтля. Результаты исследований представлены на двух всероссийских конференциях и опубликованы в рецензируемых журналах, включая журнал квартиля Q1. Разработаны таблицы рекомендуемых данных и температурные зависимости для всех изученных свойств сплавов Li–K–Pb.

Аннотация результатов, полученных в 2026 году
В течение третьего года выполнения проекта проведено экспериментальное исследование термических свойств шести сплавов системы Li–K–Pb с высоким содержанием свинца (Li11K6Pb83, Li13K4Pb83, Li11.6K3.5Pb84.9, Li13.8K4.2Pb82, Li12K5Pb83 и Li14K3Pb83). Методом просвечивания узким пучком гамма-излучения на плотномере ГП-1 выполнены измерения плотности и объемного коэффициента термического расширения (ОКТР) в интервале температур от точки ликвидуса до 1000 К. Погрешность определения плотности не превышала 0,4–0,6%, а ОКТР — 1,5–3,8%. Проведен термический анализ всех исследованных составов, по результатам которого качественно построена поверхность ликвидуса тройной системы Li–K–Pb и установлено наличие тройной эвтектической точки с температурой TE = 491,6±1,5 К, что более чем на 100 К ниже температуры плавления чистого свинца. Показано, что состав Li13K4Pb83 является наиболее близким к эвтектическому и характеризуется высокой однородностью в твердом и жидком состояниях. Для околоэвтектического сплава Li13K4Pb83 выполнен комплекс дополнительных исследований. Получены температурные зависимости плотности и теплового расширения как в жидкой, так и в твердой фазах, определен скачок плотности при плавлении (3,91±0,15%). Оценка плотности при комнатной температуре по правилу аддитивности (закону Зена) показала хорошее согласие с экспериментом (расхождение менее 0,5%). Проведены измерения теплофизических свойств: приращения энтальпии, удельной теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности. Показано, что теплоемкость расплава Li13K4Pb83 превышает значения для жидкого свинца на 20–28%, тогда как теплопроводность на 30–35% ниже и существенно отличается от аддитивных оценок. По совокупности характеристик Li13K4Pb83 может рассматриваться в качестве перспективного легкоплавкого теплоносителя на основе свинца для реакторов на быстрых нейтронах. На основе полученных экспериментальных данных построены контурные диаграммы относительного избыточного мольного объема (Vex) и ОКТР для системы Li–K–Pb при 950 К. Установлено, что в области, богатой свинцом, наблюдаются отрицательные значения избыточного объема, достигающие максимального объемного сжатия вблизи эквиатомного состава K50Pb50 (до −27%), что свидетельствует о наличии выраженного химического ближнего порядка в жидком состоянии. Согласно современным представлениям, для бинарной системы K–Pb вблизи эквиатомного состава характерно образование полианионных кластеров (ионов Цинтля), формируемых атомами свинца, окруженными катионами щелочного металла. Оценки Vex, основанные на модели Хафнера, также косвенно указывают на образование комплексов в расплавах Li–K–Pb, состоящих преимущественно из атомов Pb и K и сгруппированных по типу ионов Цинтля. Результаты исследования обобщены в статье «Volumetric Properties of Ternary Liquid Li–K–Pb Alloys with High Lead Content», опубликованной в журнале International Journal of Thermophysics (https://link.springer.com/article/10.1007/s10765-026-03746-2), которая редакцией журнала была отобрана в качестве кандидата на премию имени Ареда Сезаирлияна за лучшую научную работу 2026 года.