Свойства оптимальных каскадов

Расчетные исследования показали, что свойства оптимальных каскадов с минимальным суммарным потоком во многом аналогичны случаю бинарного разделения. Получающиеся оптимальные параметры ступеней характеризуются смешением по всем компонентам. Коэффициенты деления потока и срезы парциальных потоков изменяются вдоль каскада.

При небольших концентрациях питания нецелевых компонентов распределение потоков питания ступеней мало отличается от оптимального бинарного каскада. На рис. 10.2а для примера представлена гистограмма распределения потоков и внешние параметры оптимального каскада для разделения трехкомпонентной урановой смеси. Рассматривался случай обогащения обедненного сырья с исходной концентрацией 0,355% по ²³⁵U, содержащего 0,001% ²³⁶U. Задавались концентрации отбора и отвала по легкому изотопу, равные 0,711% и 0,25%. Величина отборного пото­ка была принята 1 г/с, а коэффициенты разделения по отношению к третьему изотопу ²³⁸U - и .

Если исходную концентрацию промежуточного изотопа ²³⁶U увеличивать, то для выполнения аналогичного процесса разделения по легкому изотопу требуется больший суммарный поток и большее оптимальное количество ступеней. На рис. 10.2б для иллюстрации данного факта приведен гипотетический каскад с концентрацией питания ²³⁶U 10%.

Сравнение с r-каскадами

В работе [15] было проведено сравнение оптимальных каскадов и R-каскадов с симметричными ступенями по выделенной паре изотопов. Вычислительный эксперимент выявил, что при больших коэффициентах разделения ступеней оптимальный каскад имеет существенно меньший суммарный поток, чем аналогичный R-каскад. Разница между каскадами увеличивается с ростом эффектов разделения и длины каскада.

В табл. 10.3 для примера показаны результаты расчетов кремниевых каскадов. Параметры питания соответствуют смеси SiF₄ с молекулярными массами компонентов 104, 105, 106 и концентрациями 92,21%, 4,70%, 3,09%. Поток отбора каскада равен 1г/с, полные коэффициенты разделения , . R-каскад построен при n = 81 и p = 21 с ключевыми компонентами «1» и «3». Оптимальные каскады рассчитывались при соответствующих концентрациях легкого изотопа и различных концентрациях второго компонента.

Таблица 10.3

Сравнительные характеристики R-каскада и различных типов оптимальных каскадов

Каскад	n	p	, г/с	Концентрация отвала компонентов, %			Концентрация отбора компонентов, %
				1	2	3	1	2	3
R-каскад	81	21	291,8	1,4∙10-2	53,08	46,91	98,71	1,29	9∙10-15
Оптимальный с совпадающими внешними концентрациями	84	22	287,1	1,4∙10-2	53,08	46,91	98,71	1,29	9∙10-15
Оптимальный по легкому компоненту	42	38	51,2	1,4∙10-2	53,77	46,22	98,71	1,24	5∙10-2
Оптимальный с ограничениями	42	24	100,1	1,4∙10-2	53,08	46,91	98,71	1,29	4∙10-5

В приведенном примере различие в суммарном потоке между R-каскадом и оптимальным каскадом с совпадающими внешними концентрациями всех компонентов (с точностью до 10^-15%) составляет 1,6%. Если оптимизировать каскад только с заданными концентрациями целевого компонента, то суммарный поток меньше, чем у R-каскада в несколько раз. Данные табл. 10.3 показывают, что такие большие различия сохраняются и в случае дополнительных ограничений на концентрации других компонентов (задавалось 4∙10^-5%).