Циркуляционная Плазменная Центрифуга С Отбором

Abstract

Исследованы процессы разделения в высокочастотной плазменной циркуляционной центрифуге, функцио-нирующей в отборном режиме. Вращение слабоионизованной плазмы осуществляется за счет вращающегося магнитного поля, а возбуждение противотока (циркуляции) вызвано бегущим магнитным полем. Рассчитаны зависимости коэффициента обогащения и разделительной способности центрифуги от потока отбора. Определены оптимальные характеристики разделительного устройства. DOI: 10.21883/JTF.2018.05.45909.2508 Введение Разделение стабильных изотопов -важная отрасль экономики страны, обслуживающая ядерную энергетику, фундаментальную науку, медицину, сельское хозяйство и т. д. Без целого ряда стабильных изотопов трудно пред-ставить дальнейшее развитие ядерной энергетики и по-вышение ее эффективности и безопасности, проведение ядерно-физических исследований по изучению физики микромира, диагностику и лечение многих заболеваний.Интерес к разделению изотопов стабильных элемен-тов в плазменной фазе связан с невозможностью исполь-зования промышленных каскадов из газовых центрифуг для обогащения изотопов элементов, которые не имеют подходящих летучих соединений при обычных темпера-турах [1,2]. Кроме того, в настоящее время актуальна задача переработки отработавшего ядерного топлива атомных электростанций, которая может быть решена при использовании быстровращающейся плазмы [3,4].В работе [5] предложена новая концепция циркуля-ционной плазменной центрифуги, в которой вращение слабоионизованной изотопной газовой смеси произво-дится вращающимся магнитным полем, а необходимая для умножения радиального разделительного эффекта циркуляция создается за счет бегущей магнитной вол-ны. Там же применительно к изотопной смеси неона 20 Ne− 22 Ne были определены гидродинамические харак-теристики центрифуги и оценен коэффициент обогаще-ния для так называемого безотборного режима работы аппарата. На практике разделительный модуль работа-ет в режиме, когда в устройство поступает исходная изотопная смесь и осуществляется отбор обогащенной фракции.В настоящей работе на основе результатов анали-тического исследования полей азимутальной (V ϕ (r)) и осевой (V z (r)) скоростей плазмы выполнены расчеты ко-эффициента обогащения и разделительной способности плазменной центрифуги, работающей с отбором целе-вого изотопа. Следует отметить, что именно аналитиче-ские расчеты позволяют не только оценить оптимальные параметры разделительного устройства, но и проследить на основании полученных теоретических зависимостей пути интенсификации процессов разделения. Схема устройства и отборный режим работы центрифугиНа рис. 1 показана схема предложенной в [5] ВЧ-плазменной центрифуги с циркуляцией, возбуждаемой бегущей магнитной волной. Вращение слабоионизован-ной плазмы создается за счет вращающегося с угло-вой скоростью ω 0 поперечного магнитного поля, гене-рируемого осевыми токонесущими стержнями, два из которых показаны на рис. 1 на виде спереди, а все шесть стержней на виде сверху. Циркуляционный поток возбуждается бегущим магнитным полем, создаваемым линией задержки, представля...

Вращение Плазменной Струи Высокочастотными Электромагнитными Полями И Ее Использование Для Масс-Сепарации

“…1. В отличие от работы [9], в которой исследуются характеристики противоточной циркуляционной плазменной центрифуги, в настоящей работе рассматривается прямоточный вариант разделительного устройства [17]. Предположим, что имеется источник сильно ионизованной плазмы продуктов ОЯТ 1, прошедших первую стадию распада основных короткоживущих радионуклидов, создающий продольный плазменный поток.…”

“…Обычно в нее входит около 95% урана и примерно 1% плутония -элементы с массой порядка 240 u. Остальное составляют радиоактивные продукты деления и прочие легкие элементы с атомными массами менее 160 u. Столь большое различие масс делает весьма заманчивым центробежное отделение легкой радиоактивной составляющей от ядерного топлива на одноступенчатой прямоточной установке, использующей радиальный разделительный эффект в быстро вращающейся плазменной струе, не контактирующей со стенкой. Один из возможных способов возбуждения центробежного поля сил в плазменном потоке заключается в создании конфигурации с взаимно перпендикулярными (скрещенными) постоянными электрическим и магнитным полями [3,[8][9][10][11][12]. При таком способе неизбежно взаимодействие тока с электродами, что ведет к загрязнению плазмы и пристеночному торможению вращения.…”