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

یکی از پارامترهای مهم در آبشار مربعی که تأثیر زیادی بر عملکرد آن در جداسازی ایزوتوپ‌­های چند جزیی دارد، برش آبشار می‌­باشد. در این پژوهش ابتدا به بررسی اثر برش بر جداسازی ایزوتوپ‌­های میانی گاز زینان در یک آبشار مربعی با 20 مرحله پرداخته شده است. این مطالعات برای دو حالت که در آن فاکتور جداسازی ماشین سانتریفیوژ برابر 2/1 و 1/1 باشد، انجام گرفته است. پس از آن کم‌­ترین طول لازم برای ایجاد یک آبشار طویل با تغییر نسبت Z/F و برش آبشار با این دو فاکتور جداسازی تعیین شده است. بر اساس محاسبات انجام گرفته، در صورتی ­که فاکتور جداسازی برابر 2/1 و 1/1 باشد، کم‌­ترین تعداد مراحل آبشار به ترتیب برابر با 55 و 110 مرحله خواهد شد که عملیاتی نمودن آن به سادگی امکان­‌پذیر نیست. بررسی‌­ها نشان می‌­دهد که مقدار برش مناسب برای دست­‌یابی به بیش‌­ترین مقدار غلظت ایزوتوپ هدف در آبشار طویل با آبشار کوتاه متفاوت است. در صورتی ­که آبشار کوتاه باشد، با استفاده از مطالعات پارامتریک ‌‌‌می‌­توان مناسب‌­ترین برشی را که در آن غلظت ایزوتوپ موردنظر به بیشینه خود می‌­رسد تعیین کرده و بیش‌­ترین بهره را از آبشار موجود داشت. مقدار برش آبشار برای دست‌­یابی به بیش‌­ترین مقدار 129Xe- در یک آبشار 20 مرحل‌ه­ای برابر با 2/0 در فاکتور جداسازی 2/1 و 15/0 در فاکتور جداسازی 1/1 می­‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of the cut on the separation of xenon stable isotopes in the square cascade

نویسندگان [English]

  • F. Mansourzadeh 1
  • A.A. Ghorbanpour Khamseh 1
  • J. Safdari 1
  • A. Norouzi 2
  • M. Khajenouri 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]

One of the important parameters in the square cascade, which has a great influence on its performance in the separation of multicomponent isotopes, is the cascade cut. In this research work, at first, the effect of cascade cut on the separation of xenon middle isotopes in a square cascade with 20 stages was studied. These studies were carried out for two cases in which the separation factor was 1.2 and 1.1. Moreover, the minimum length for creating a long cascade by changing the Z/F value and cascade cut has been determined. Based on the calculations, if the separation factor is 1.2 and 1.1, the minimum number of cascade stages will be 55 and 110, that's not simply possible. The results showed that the appropriate cascade cut in the long cascade is different from the short cascade. Using the parametric studies of the short cascade, it is possible to determine the most appropriate cascade cut in which the desired isotope concentration reaches its maximum. In order to maximize the amount of Xe-129 in a 20 stages cascade, the suitable cut is 0.2 in the separation factor of 1.2 and 0.15 in the separation factor of 1.1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • stable isotopes
  • Square cascade
  • Cascade cut
  • Multicomponent isotope separation
  • Xenon
1. M. Ragheb, Isotopic Separation and Enrichment, Nuclear, Plasma and Radiation Science: Inventing the Future, University of Illinois at Urbana-Champaign, Department of Nuclear, Plasma, (2012).
 
2. A. Kudziev, Production and application of stable enriched isotopes in the USSR, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 282, 267-270 (1989).
 
3. C. Mol, H. Rakhorst, Production of stable isotopes at Urenco: 10 years of progress, Journal of Radio Analytical and Nuclear Chemistry, 257, 165-168 (2003).
 
4. G.A. Sulaberidze, V.D. Borisevich, Cascades for separation of multicomponent isotope mixtures, Separation Science and Technology, 36, 1769-1817 (2001).
 
5. M. Benedict, T.H. Pigford, H.W. Levi, Nuclear Chemical Engineering, (McGraw-Hill series in nuclear engineering), (1957).
 
6. S. Villani, Enrichment of uranium, Moscow: Energoatomizdat, (1983).
 
7. A.Y. Smirnov, G. Sulaberidze, Features of mass transfer of intermediate components in square gas centrifuge cascade for separating multicomponent mixtures, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 48, 629-636 (2014).
 
8. S. Zeng, C. Ying, A method of separating a middle component in multicomponent isotope mixtures by gas centrifuge cascades, Separation Science and Technology, 35, 2173-2186 (2000).
 
9. R. Raichura, M. Al-Janabi, G. Langbein, The effects of the ‘key’molar mass on the design of a cascade handling a multi-isotopic mixture, Annals of Nuclear Energy, 18, 327-356 (1991).
 
10. F. Mansourzadeh, et al, Comparison of optimum tapered cascade and optimal square cascade for separation of xenon isotopes using enhanced TLBO algorithm, Separation Science and Technology, (2018).
 
11. V. Borisevich, Y.V. Litvin, G. Sulaberidze, Calculational study of the enrichment of cadmium isotopes in gas centrifuges, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 41, 851-858 (2007).
 
12. I. Filippov, G. Sulaberidze, V. Chuzhinov, Orthogonal-collocation calculation of fractionation cascades, Atomic Energy, 72, 29-34 (1992).
 
13. L. Kholpanov, et al, On the calculation of a squared-off cascade for multicomponent isotope separation, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 37, 359-365 (1998).
 
14. D. Potapov, G. Sulaberidze, L. Kholpanov, Designing a rectangular sectioned cascade by approximating the separation factor, Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 34, 129-133 (2000).
 
15. H. Wu, C. Ying, G. Liu, Calculational methods for determining the distribution of components in a separation cascade for multicomponent mixture, Separation Science and Technology, 33, 877 (1998).
 
16. S. Zeng, C. YING, A robust and efficient calculation procedure for determining concentration distribution of multicomponent mixtures, Separation Science and Technology, 35, 613-622 (2000).
 
17. G. Popov, et al, Centrifugal enrichment of chromium-50 for experiments on detecting solar neutrinos, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 362, 532-537 (1995).