−9−

Уральское отделение академии технологических наук Российской Федерации

Физические основы центрифужного метода разделения изотопов

Учебное пособие

Екатеринбург

2005

УДК 621.039.31; 621.039.342

Авторы: В.А. Палкин, профессор, доктор технических наук;

В.И. Токманцев, доцент, кандидат физико-математических наук

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦЕНТРИФУЖНОГО МЕТОДА РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. Екатеринбург: УрО АТН РФ, 2005. 37 c.

Главное внимание уделено физическим аспектам разделения смесей изотопов в газовой центрифуге и каскаде центрифуг. В основу положены методики и статьи авторов, обобщающие опыт научно-исследовательской деятельности в области моделирования и оптимизации процессов разделения. Предназначено для использования в качестве методических материалов на курсах поддержания квалификации специалистов разделительного производства.

© В.А. Палкин, В.И. Токманцев, 2005.

СОДЕРЖАНИЕ

1.1. Разделительная способность каскада 4

1.2. Технико-экономические показатели процесса разделения 6

1. МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ В КАСКАДАХ 10

1.3. Параметры и характеристики ступени 11

1.4. Параметры и уравнения каскада 13

1.5. Квазиидеальные и R-каскады 15

1.6. Оптимальные каскады 18

1.7. Прямоугольные каскады 23

2. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ 26

1.8. Введение и использование потенциала разделения 27

1.9. Аксиоматическое обоснование потенциала разделения 29

1.10. Определение потенциала на основе R-каскада 32

1.11. Потенциал разделения идеализированных процессов 34

1. Разделительная способность каскада Эффективная разделительная способность

Эффективная разделительная способность любых участков каскада находится путем суммирования соответствующих величин по ступеням:

,

где m − количество рассматриваемых ступеней. Например, для трех ступеней, приведенных на рис. 6.5, справедливо

.

Рис. 6.5. Участок центрифужного каскада

Таким образом, в результирующую формулу входят только внешние по отношению к рассматриваемому участку параметры.

Если рассматривать каскад в целом, то в результате такого суммирования получается формула

.

Здесь l – общее число входящих и выходящих потоков каскада; для выходящего потока и для входящего; T_i и K_i – i-й поток и концентрация.

В соответствии с этой формулой для трехпоточного каскада (рис. 6.4а) эффективная разделительная способность равна

(6.3)

а четырехпоточного (рис. 6.4б и в):

.

Коэффициент полезного действия

Фактическая разделительная способность каскада находится суммированием соответствующих величин по ступеням

,

а схемный КПД – отношением эффективной к фактической разделительной способности, т.е.

.

Аналогичным образом рассчитываются и для участков. Схемный КПД учитывает потери разделительной способности из-за смешения потоков с различными концентрациями на питании ступеней.