نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران-ایران

2 شرکت فناوری‌های پیشرفته ایران، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 5931-143995‌، تهران-ایران

چکیده

در این پژوهش برای اولین‌بار با استفاده از خوراک طبیعی زینان، عملکرد یک آبشار مدل تطبیق‌یافته R با شرایط بهینه آن در حالتی­‌که تعداد مراحل، نرخ جریان خوراک ورودی به آبشار، فاکتور جداسازی و نرخ بهینه خوراک ورودی به هر ماشین مشخص و ثابت باشد، مورد ارزیابی قرار می­‌گیرد. پارامترهای محاسبه شده عبارتند از نرخ جریان ورودی و خروجی مراحل، ظرفیت جداسازی آبشار، تعداد ماشین­‌های استفاده شده در هر مرحله و برش مراحل در دو حالت بهینه و غیر‌بهینه. الگوریتم استفاده شده در بهینه‌­سازی، الگوریتم بر مبنای آموزش و یادگیری (TLBO) بوده و تابع هدف به‌صورت تابعی از توان جداسازی برای تک ماشین و پارامتر تطبیق‌یافته R در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می‌­دهد که توان جداسازی در حالت بهینه نسبت به حالت غیر‌بهینه بیش‌تر است. توان جداسازی در شرایط تطبیق‌یافته برای جزء‌های «‌اول و سوم‌» و «دوم و سوم» در حالت بهینه به‌ترتیب 1% و 9‌‌% بیش‌تر از حالت غیر‌‌بهینه می­باشد. هم‌چنین یک کد محاسباتی با عنوان MISCC برای تعیین پارامترهای آبشار در شرایط بهینه و غیر‌بهینه ارایه شده که از آن برای تجزیه و تحلیل آبشار تطبیق‌یافته R‌ استفاده می‌­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Performance comparison of match abundance ratio cascade with optimal conditions for the separation of stable xenon isotopes

نویسندگان [English]

  • F. Mansourzadeh 1
  • J. Safdari 1
  • A.A. Ghorbanpour Khamseh 1
  • A. Noroozy 2
  • M. Khajenoori 2

1 Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran-Iran

2 Iran Advanced Technologies Compony, AEOI, P.O.Box: 143995-5931, Tehran-Iran

چکیده [English]

In the present study, for the first time the R cascade under normal and optimal conditions with the constant and specified total number of cascade stages, the feed flow rate to the cascade, the factor of separation based on the unit mass difference, and the maximum and optimal of the feed flow into the centrifuge machine is assessed. The algorithm used for optimization is TLBO algorithm and the objective function is considered as a function of separation work for a single machine and match abundance ratio. The results show that in the cascade with the match abundance ratio for isotopes k1 and k2 the separation work in optimal cascade is more than conventional. If the abundance ratio is adapted for two pair of components, i.e., the “first and third” and the “second and third, the separation power in the optimal mode for the first and second cases is 1% and 9% more than those of conventional, respectively. Finally, a computational code named MISCC is written to determine and analyze the parameters of the match abundance ratio cascade in optimal and normal conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • stable isotopes
  • match abundance ratio cascade
  • separation work
  • Optimization
  • optimum match abundance ratio cascade


1. K. Cohen, The theory of separation as applied to the large –scale production of U235, First ed. (Atomic Energy Division, New York, 1951).

2. A.G. Kudziev, Production and application of stable enriched isotopes in the USSR, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 282, 267, (1989).

3. C. A. Mol, and H. Rakhorst, Production of stable isotopes at Urenco: 10 years of progress, Rad. Anal. Nuc. Chem. 257, 165, (2003).

4. A. De La Garza, A generalization of the matched abundance-ratio cascade for multicomponent isotope separation, Chem. Eng. Sci. 18, 73, (1963).

5. A. De la Garza, G.A. Garret, and J.E. Murphy, Multicomponent isotope separation in cascade, Chem. Eng. Sci. 15, (1961).

6. R.Ya. Kucherov, and V.P. Minenko, Theory of cascade for separating multi-component isotope mixtures, Atomic Energy. 19, 1290, (1965).

7. A. Apelblat, and Y. Ilamed-Lehrer, The theory of a real isotope enriching cascade, Nucl. Energy. 22, 1, (1968).

8. T. Song, and Sh. Zeng, Comparative study of the model and optimum cascades for multicomponent isotope separation, Sep. Sci. Tech. 45, 2113, (2010).

9. G. A. Sulaberidze, and V. D. Borisevich, Comparison of optimal and model cascades for the separation of multicomponent mixtures at arbitrary stage enrichments, Theo. Found. Chem. Eng. 42, 347, (2008).

10. G.A. Sulaberidze, V.D. Borisevich, and Q. Xie, Quasi-ideal cascades with an additional flow for separation of multicomponent isotope mixtures, Theo. Found. Chem. Eng. 40, 5, (2006).

11. V. A. Palkin, Separation of uranium isotopes in a cascade with an intermediate product stream, Perspekt. Mater. 8, 11, (2010).

12. V. A. Palkin, E. V. Maslyukov, Purification of reprocessed uranium in an additional product flow of a matched abundance ratio cascade and its enrichment in an ordinary cascade, Theo. Found. Chem. Eng. 50, 711, (2016).

13. V. A. Palkin, Design of the optimal parameters of a cascade for separating multicomponent isotope mixtures, Atomic Energy, 130, 92, (2002).

14. V. A. Palkin, Optimization of a centrifuge cascade for separating a multicomponent mixture of isotopes, Atomic Energy, 115, 93, (2013).

15. A. Norouzi et al. Parameters optimization of a counter-current cascade based on using a real coded genetic algorithm, Sep. Sci. Tech. 46, 2223, (2011).

16. Sh. Zeng et al. A numerical method of cascade analysis and design for multi-component isotope separation, Chem. Eng. Res. Des. 92, 2649, (2014).

17. T. H. Benedict, Nuclear chemical engineering, First ed. (McGraw-Will book Co., New York, 1981).

18. G. A. Sulaberidze et al. Cascades for separation of multi-component isotope mixtures, Sep. Sci. Tech. 36, 1769, (2001).

19. Y. ZHANG et al. Comparison of three model cascade, Atomic Energy Science and Technology, 48, 1921, (2014).

20. Y. Cheng et al. Comparison study on different cascades for multicomponent isotope separation, Atomic Energy Science and Technology, 48, (2015).

21. R.V. Rao, and V.J. Savsani, Teaching–learning-based optimization: A novel method for constrained mechanical design optimization problems, Computer-Aided Des, 43, 303, (2011).

22. R.V. Rao, and V.J. Savsani, Teaching–learning-based optimization: An optimization method for continuous non-linear large scale problems,” Info. Sci. 183, 1, (2012).

23. I.G. Filippov, G.A. Sulaberidze, Orthogonal-collocation calculation of fractionation cascades, Atomic Energy, 72, 29, (1992).

24. H.J. Wu, Ch. Ying, and G. Liu, Calculation methods for determining the distribution of components in a separation cascade for multicomponent mixture, Sep. Sci. Tech. 33, 887, (1998).

25. Sh. Zeng, and C. Ying, A robust and efficient calculation procedure for determining concentration distribution of multicomponent mixtures, Sep. Sci. Tech. 35, 613, (2000)