基于最大气泡压力法的液态碱金属密度和表面张力测量Experimental Investigation of Density and Surface Tension of Liquid Alkali Metals Based on the Maximum Bubble Pressure Method
贺彦,刘祥,郝祖龙,牛风雷
摘要(Abstract)：
液态碱金属是空间核反应堆的冷却剂材料之一，其热物性参数是冷却剂材料选取的重要依据。现有的液态碱金属的密度及表面张力实验研究数据较少，当今空间堆发展对其有更高要求。根据最大气泡压力法，研制了一套可同时测量液态碱金属密度和表面张力的实验装置，并以纯度为99.9%的锂为被测介质，对该装置的可靠性和可用性进行验证。结果表明，在200～650℃温度范围内，标准大气压下，实验结果与文献参考值相比，密度平均偏差为0.47%，表面张力平均偏差[12]为0.93%，具有较好的线性度。在此基础上，给出了液态锂密度和表面张力与温度的经验关系式。最后分析了管径、鼓泡速度对液态锂密度和表面张力测量结果的影响，并给出相应实验建议。本文工作可对高温液态碱金属的密度及表面张力开展高精度测量提供参考。
关键词(KeyWords)： 反应堆冷却剂;碱金属;表面张力;最大气泡压力法
基金项目(Foundation): 国家重点研发计划资助（2018YFB1900602）
作者(Author): 贺彦,刘祥,郝祖龙,牛风雷
参考文献(References)：
- [1] Taylor J W. XCVIII. The surface energies of the alkali metals[J]. The London,Edinburgh,and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science,1955,46(379):867-876.
- [2] Bohdansky J,Schins H E J. The surface tension of the alkali metals[J]. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry,1967,29(9):2173-2179.
- [3] Yakimovich K A, Tsitsarkin A F, Mozgovoi G.Experimental investigation of the density of liquid lithium hydride at high temperatures[J]. High Temperature,2000,38(6):867-874.
- [4] Alchagirov B B,Taova T M. An instrument for determining the densities of liquid metals and alloys[J]. Instruments and Experimental Techniques,2007,50(6):833-837.
- [5] Alchagirov B B,Dulub O V,Shamparov T M. A densimeter for precision measurements of densities of liquids with an increased elasticity of intrinsic saturated vapors[J]. 2003,46(3):416-418.
- [6] Alchagirov B B,Afaunova L Kh,Dyshekova F F,et al. The density and surface tension of liquid lithium at melting temperature[J]. High Temperature,2009,47(2):287-291.
- [7] TAKAMICHI II DA,RODERICK I. L. GUTHRIE.液态金属的物理性能[M].冼爱平，王连文，译.北京：科学出版社，2005.
- [8] Alchagirov B B,Dyshekova F F,Arkhestov R Kh. Surface tension of lead–lithium melts[J]. Russian Journal of Physical Chemistry A,2016,90(11):2262-2269.
- [9] Sun Y F,Muta H,Ohishi Y. Novel Method for Surface Tension Measurement:the Drop-Bounce Method[J].Microgravity Science and Technology, 2021, 33:32.
- [10] Yakimovich K A,Mozgovoi A G. Experimental investigation of the density and surface tension of molten lithium at temperatures up to 1 300 K[J]. High Temperature,2000,38(4):657-659.
- [11]张密林，颜永得.锂及锂合金[M].北京：科学出版社，2015.
- [12] B. K.格里申，M.Г.格拉祖诺夫，A.Г.阿拉克洛夫，等.锂的性质[M].如镜，译.北京：中国工业出版社，1966:47-59.
- [13] Irons G A,Guthrie L. Bubbling behavior in molten metals[J]. Canadian Metallurgical Quarterly,2013,19(4):381-387.