مقایسه عملکرد زنجیره‌های غلظت تطبیق‌یافته و شبه‌دوتایی نوع اول در غنی‌سازی ایزوتوپ تلوریم-123

نویسندگان

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

2 شرکت فن‌آوری‌های پیشرفته‌ی ایران، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 5931-143995، تهران- ایران

10.24200/nst.2020.1119

چکیده

در این پژوهش، به بررسی و یافتن پارامترهای دو زنجیره مدل مطرح در جداسازی مخلوط‌­های چندجزیی (زنجیره­‌های غلظت تطبیق یافته و شبه ­دوتایی نوع اول) به منظور جداسازی ایزوتوپ پایدار تلوریم-123 و مقایسه عملکرد آن‌­ها در حالت تغییرات اجزاء k، 1k و 2k پرداخته شده است. برای یک زنجیره 10 مرحل‌ه­ای با مرحله ورود خوراک 5 و نرخ جریان خوراک 1-g.s 100، نتایج نشان داد که کم‌­ترین نرخ جریان بین مراحلی کل در زنجیره غلظت تطبیق یافته در شرایط 7=k، 1=1k و 3=2k به میزان 1-g.s133/1881 اتفاق می­ افتد. در این حالت غلظت تلوریم-123 در محصول زنجیره برابر با 0349/0 می­باشد؛ در حالی ­که بیشینه غلظت این ایزوتوپ در شرایط 1=k، 1=1k و 2=2k به میزان 0389/0 اتفاق می‌­افتد که در این زنجیره میزان نرخ جریان بین مراحلی کل برابر با 1-g.s 914/2159 است. هم‌­چنین نتایج در زنجیره شبه ­دوتایی نوع اول نشان می‌دهند که حداقل نرخ جریان بین مراحلی کل و بیشینه غلظت ایزوتوپ تلوریم-123 به طور هم­زمان در شرایط 1=k، 1=1k و 2=2k به ترتیب به میزان 1-g.s 914/2159 و 0389/0 رخ می‌­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance comparison of matched-x cascades and pseudo binary type 1 cascades in the separation of isotope Te-123

نویسندگان [English]

  • F. Eazazi 1
  • M.H. Mallah 1
  • J. Karimisabet 1
  • A. Norouzi 2
1 Materials and Nuclear Fuel Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran - Iran
2 Iran Advanced Technologies Company, AEOI, P.O.Box: 143995-5931, Tehran – Iran
چکیده [English]

In the present research, we addressed the investigation parameters of the two proposed cascade models for separation of multi-component mixtures (Matched-X and Pseudo binary type 1 cascades) to separate Te-123 isotope. Besides, we compared their performance by changing parameters k, k1, and k2. The results showed that for a cascade with 10 stages and feed stage 5 and feed flow rate 100 g.s-1, the minimum total interstage flow of the matched-X cascade occurs in the condition k = 7, k1 = 1 and k2 = 3, with the amount of 1881.133 g.s-1. In this case, the concentration of Te-123 in the product stream of the cascade is equal to 0.0349 while the maximum product concentration of Te-123 occurs at k = 1, k1 = 1 and k2 = 2 with the amount of 0.0389. In this cascade, the total inter stage flow is equal to 2159.914 g.s-1. Also, the results represented that in the Pseudo binary type 1 cascade, the minimum total interstage flow and maximum product concentration of Te-123 occur at the same time, in the condition k = 1, k1 = 1 and k2 = 2 with the amounts of 2159.914 and 0.0389 g.s-1, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Matched-X cascade
  • Pseudo binary type 1 cascade
  • Stable isotope
  • Tellurium 123
  • Total inter stage flow
1.             A.G. Kudziev, Production and Application of Stable Enriched Isotopes in the USSR, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 282, 267-270 (1989).

 

2.             D.E. Armstrong, et al. A Carbon-13 Production Plant Using Carbon Monoxide Distillation, Los Alamos Scientific Laboratory Report, (1968).

 

3.             E.I. Abbakumov, Development and Industrial Use of Gas Centrifuge for Uranium Enrichment in the Soviet Union, Atomic Energy, 67(4), 255-257 (1989).

 

4.             S. Zeng, et al. A Numerical Method of Cascade Analysis and Design for Multi-Component Isotope Separation, Chem. Eng. Res. Des., 92, 2649–2658 (2014).

 

5.             A. De La Garza, G.A. Garret, J.E. Murphy, Multicomponent Isotope Separation in Cascade, Chem. Eng. Sci. 15, 188-209 (1961).

 

6.             J.E. Murphy, Optimum Flow Distribution for Multicomponent Isotope Separation in a Single Cascade, Rep. K-1508. Union Carbide Corp., Oak Ridge, TN, USA (1962).

 

7.             A. Apelblat, Y. Ilamed-Lehrer, The Theory of A Real Isotope Enriching Cascade – I, J. Nucl. Energy, 22, 1-14 (1968).

 

8.             A.A. Sazykin, Thermodynamic approach to isotope separation. In: Baranov, V.Yu(ED), Isotopes-Properties, Production, and Application, 34(27), 72 (2000).

 

9.             G.A. Sulaberidze, V.D. Borisevich, Cascades for Separation of Multicomponent Isotope Mixtures, Sep. Sci. Tech, 36(8&9) 1769-1817 (2001).

 

10.          A. De La Garza, A Generalization of the Matched Abundance Ratio Cascade for Multicomponent Isotope Separation, Union Carbide Nuclear Company (1962).

 

11.          G.A. Sulaberidze, V.D. Borisevich, Q. Xie, Quasi-Ideal Cascades with an Additional Flow for Separation of Multicomponent Isotope Mixtures, Theor. Found. Chem. Eng., 40(1), 5-13 (2006).

 

12.          I. Yamamoto, A. Kaba, A. Kanagawa, Simple Formulae for Analyzing Matched Abundance Ratio Cascade with Constant Separation Factors for Multi-Component Isotope Separation, J. Nucl. Sci. Tech., 24(11), 969-971 (1987).

 

13.          L. Cheng, S. Zeng, Comparison Study on Different Cascades for Multi-component Isotope Separation, At. Energ. Sci. Tech., 49(12), 2113-2117 (2015).

 

14.          Y. Zhang, S. Zeng, Comparison of Three Model Cascades, At. Energ. Sci. Tech., 48(11), 1921-1927 (2014).

 

15.          T. Song et al. Comparative Study of the Model and Optimum Cascades for Multicomponent Isotope Separation, Sep. Sci. Tech, 45, 2113-2118 (2010).

 

16.          V.A. Palkin, Multicomponent Separation Efficiency of an Optimal Cascade with Prescribed Target Isotope Concentration, At. Energ., 117(3), 184-190 (2015).

 

17.          C. Ying, Z. Guo, H.G. Wood, Solution of the Diffusion Equation in a Gas Centrifuge for Separation of Multicomponent Mixtures, Sep. Sci. Tech, 31(18), 2455-2471 (1996).

 

18.          S. Zeng, G. Ying, A robust and efficient calculation Procedure for Determining Concentration Distribution of Multicomponent Mixtures, Sep. Sci. Tech, 35(4), 613-622 (2000).

 

19.          I.A. Suvorov, A.N. Tcheltsov, Enrichment of tellurium isotopes for pure I-123 production using gas ultra-centrifuges, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., 334, 33-36 (1993).