محاسبه‌ی تعادل فازی توریم با استفاده از مدل واندروالس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده‌ی مواد و سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

چکیده

توریم یک آکتینید با عدد اتمی 90 است. توریم طبیعی پرتوزا بوده و اگرچه شکافت ­پذیر نیست اما تحت واکنش هسته ­ای (n, γ) و پرتوزایی به عنصر شکافت ­پذیر اورانیم تبدیل می ­شود. در این مقاله، برخی خواص ترمودینامیکی توریم بررسی شده است. از طرف دیگر، معادله ­ی حالت، ابزار مهم و مناسبی برای بررسی رفتار گرمافیزیکی مواد و پیش ­بینی آن­ ها در شرایط مختلف به لحاظ فشار، دما و مقدار است. در حال حاضر معادله­ های حالت مختلفی وجود دارند که می ­توان آن­ها را به­ طور کلی به صورت نظری، تجربی و نیمه­تجربی دسته ­بندی کرد. هدف این مقاله مطالعه­ ی برخی تابع ­های ترمودینامیکی توریم در تعادل فاز مایع- بخار نظیر فشار بخار، چگالی­ های مایع و بخار اشباع و آنتالپی تبخیر و انرژی داخلی تبخیر با استفاده از معادله­های حالت در مدل واندروالس است. در این مدل رفتار ترمودینامیکی مواد حاصل نیروهای جاذبه و دافعه است که خود را به صورت جمع جمله­ های یادشده در ضریب تراکم ­پذیری نشان می ­دهد. در این کار پژوهشی از
معادله­ ی حالت واندروالس، معادله حالت برتوله و معادله­ ی حالت ردلیچ- وانگ استفاده شده­ است. مطالعه­ های ما نشان داد که، داده ­های به دست آمده از معادله ­ی حالت برتوله برای کلیه­ ی تابع­ های مطالعه­ شده به لحاظ کیفی و کمّی تطابق بهتری با داده ­های تجربی دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

On the calculation of phase equilibrium of Thorium using van der Waals model

نویسندگان [English]

  • M Najafi
  • M Khajevand
چکیده [English]

Thorium is an actinide substance with an atomic number of 90. Natural thorium is radioactive and, although not fissile, it undergoes a nuclear reaction (n, γ) and then beta radiation into a fissile material of the uranium. In this paper, some thermodynamic properties of the thorium have been investigated. On the other hand, the Equation of State (EOS) is an essential and suitable tool for studying the thermo-physical behavior of the materials and predicting them in different conditions in terms of pressure, temperature and amount. At present, there are different equations of state that can be categorized as theoretically, empirically, and semi-empirical. The purpose of this paper is to study some thermodynamic functions of thorium in liquid-vapor equilibrium such as vapor pressure, saturated liquid and vapor density, enthalpy and internal energy of vaporization using equations of state in the van der Waals model. In this model, the thermodynamic behavior of the materials is due to the contribution of the attractive and repulsive forces, which itself  is represented as a sum of the aforementioned statements mentioned above in a compressibility factor. In this research, we use the van der Waals equation, Berthelot equation, and the Radilich- Kwang equation. Our studies show the data obtained from Berthelot equation is in better agreement with experimental data for the studied thermodynamic functions quantitatively and qualitatively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thorium
  • phase equilibrium
  • van der Waals model
  • equation of state (eos)
  • Thermodynamic functions
1. V. Dekoussar, G.R. Dyck, Thorium Fuel Cycle-Potential benefits and challenges, IAEA-TECDOC, (2005).

2.P.R. Hania, F.C. Klaassen, Thorium Oxide Fuel, J. Research. Nucl., 88 (2012).

3. M.S. Wickleder, The chemistry of The actinide and Transactinide Elements, Springer, 161-252 (2006).

4. M.H. Rand, O. Von Goldberck, R. Ferro, Thorium: Physico-Chemical Properties of Its Compounds and Alloys, IAEA, 5, 14 (1975).

5. Y.S. Wei, R.J. Sadus, Equation of State for the  Calculation of Fluid-Phase Equilibrium, AIChe Journal, 46, 169-180 (2000).

6. A. Maghari, L. Hosseinzadeh-Shahri, Evaluation of the performance of cubic equations of state in predicting the regularities in dense fluids, Fluid Phase Equilibria, 206, 287-311 (2003).

7. G. Dharmadurai, New Semi-empirical Equation of State for Nuclear Material, Nucl. Mater., 211, 175-176 (1994).

8. G. Dharmadurai, On Estimation of Critical Temperatures of Fast Reactor Fuels, Nucl. Eng. Des., 73, 287-291 (1982).

9. S. Peterson, R.E. Adams, D.A. Douglas, Properties of Thorium, Its Alloy and Its Compounds, Metal and Ceramics Division, 1-23 (1965).