Сулаберидзе Г.А., Палкин В.А., Борисевич В.Д., Борман В.Д.,
Тихомиров А.В.
Под ред. проф. В.Д. Бормана.- Учеб. пособие.- М.: НИЯУ МИФИ, 2011. - 368 с.
Рецензент д.ф.-.м.н., профессор В.М. Жданов (НИЯУ МИФИ)
ISBN 978-5-7262-1527-3 В учебном пособии рассмотрены процессы изотопно-селективные переноса в каскадах (многоступенчатых разделительных установках). Такие установки используются для получения обогащённого урана и широкого спектра стабильных и радиоактивных изотопов различных элементов, применяющихся в ядерной энергетике, а также в перспективе будут использоваться для переработки отработавшего ядерного топлива. В книге описана как классическая теория разделения бинарной смеси изотопов урана, так и дается анализ современного состояния исследований разделения бинарных и многокомпонентных изотопных смесей в каскадах. Пособие основывается на опубликованных отечественных и зарубежных работах и материалах конференций. Приводятся примеры обогащения в
каскадах различных целевых изотопов из многокомпонентных изотопных смесей.
Учебное пособие написано по материалам читаемого в НИЯУ МИФИ курса «Молекулярно-кинетические методы разделения изотопов» и аналогичного курса в УГТУ-УПИ для студентов старших курсов и аспирантов, обучающихся по специальности «Физика кинетических явлений». Пособие также может быть полезно для специалистов, работающих на разделительных предприятиях.
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ. Содержание
Введение. Теория каскадов для разделения бинарных смесей
Разделительный элемент, разделительная ступень. Основные параметры и уравнения.
Разделительная способность (мощность). Работа разделения. Разделительный потенциал.
Основные принципы каскадирования. Типы разделительных каскадов.
Основные параметры и уравнения симметричного противоточного каскада.
Критерии эффективности работы каскада.
Идеальный каскад для разделения бинарной изотопной смеси.
Основные уравнения симметричного идеального каскада. Классификация идеальных каскадов.
Идеальный каскад с малым обогащением на ступени (случай слабого обогащения).
Идеальный каскад с одинаковым немалым коэффициентом разделения на ступенях.
Оптимизация каскада с заданными внешними концентрациями целевого изотопа.
Сравнение идеального и оптимального каскадов.
Идеальный каскад с потерями.
Прямоугольно-секционированные (ПСК) и прямоугольные каскады (ПК) для разделения бинарных смесей.
ПСК и ПК в случае «слабого обогащения».
Противоточная ступень. Представление разделительной колонны как прямоугольного
каскада из противоточных ступеней.
Оптимизация ПК и ПСК в случае слабого обогащения.
ПК в случае произвольных обогащений на его ступенях.
Нестационарные (переходные) процессы в каскадах.
Дифференциальное уравнение нестационарного разделительного процесса. Некоторые особенности нестационарных процессов.
Приближенные решения уравнения нестационарного процесса.
Несимметричные каскады.
Основные уравнения несимметричного каскада. Идеальный несимметричный каскад
с произвольным обогащением на ступени.
Несимметричный идеальный каскад с малым обогащением на ступени.
Прямоугольный несимметричный каскад.
Контрольные вопросы к первой части.
Список литературы.
Приложения.
Численный метод решения уравнения нестационарного переноса.
Основные правила операционного исчисления. Операторное изображение.
Значения корней трансцендентного уравнения. Теория каскадов для разделения многокомпонентных смесей.
Разделительная ступень. Основные характеристики и уравнения ступени.
Основные уравнения противоточного симметричного разделительного каскада.
Каскад в случае слабого разделения.
Основные уравнения.
Исследование каскадов заданного профиля методом ортогональной коллокации.
Метод квазилинеаризации.
Модельные каскады. Анализ прямоугольно-секционированного каскада на основе модельных каскадов.
Q-каскады («свободные» каскады) и их свойства.
R-каскады и их свойства.
Решение системы уравнений каскада с несмешением по относительной концентрации для выбранной пары компонентов методом Б.В.Жигаловского.
R-каскад с дополнительным потоком отбора.
Аппроксимация каскадов непрерывного профиля прямоугольно-секционированным
каскадом.
Нестационарные процессы в каскаде.
Уравнение нестационарного переноса в каскаде.
Некоторые особенности нестационарных процессов.
Переходные процессы в двойных каскадах.
Разделение многокомпонентной смеси изотопомодифицированных молекул в каскаде при наличии внутрифазного изотопного обмена.
Каскады с немалыми обогащениями на ступенях.
Основные уравнения.
Обзор численных методов решения системы уравнений переноса в каскадах заданного профиля.
«Классический» итерационный метод.
«Матричный» метод.
Метод, основанный на решении системы уравнений переходного (нестационарного)
процесса в каскаде.
Метод квазилинеаризации.
Метод расчета на основе приближения фактора разделения.
Влияние параметров каскада на состав получаемой смеси.
Модельные каскады и их свойства.
Каскад с постоянными относительными коэффициентами разделения на ступенях
(«квазиидеальный» каскад).
Квазиидеальный каскад с несмешением относительных концентраций двух заданных
компонентов смеси (R-каскад).
Оптимальный каскад с заданными концентрациями по целевому изотопу. Сравнение с R-каскадом.
Квазиидеальный каскад с потерями рабочего вещества на ступенях.
Квазиидеальный каскад с двумя питающими потоками.
Контрольные вопросы ко второй части.
Список литературы. Примеры практического разделения неурановых изотопов на каскадах
газовых центрифуг.
Понятия и приемы, используемые в практике центробежного каскадирования.
Многопараметричность разделительных задач.
Организация разделительной кампании.
Примеры разделительных кампаний.
Некоторые экономические аспекты центробежного разделения стабильных изотопов.
Контрольные вопросы к третьей части.
Список литературы.
Под ред. проф. В.Д. Бормана.- Учеб. пособие.- М.: НИЯУ МИФИ, 2011. - 368 с.
Рецензент д.ф.-.м.н., профессор В.М. Жданов (НИЯУ МИФИ)
ISBN 978-5-7262-1527-3 В учебном пособии рассмотрены процессы изотопно-селективные переноса в каскадах (многоступенчатых разделительных установках). Такие установки используются для получения обогащённого урана и широкого спектра стабильных и радиоактивных изотопов различных элементов, применяющихся в ядерной энергетике, а также в перспективе будут использоваться для переработки отработавшего ядерного топлива. В книге описана как классическая теория разделения бинарной смеси изотопов урана, так и дается анализ современного состояния исследований разделения бинарных и многокомпонентных изотопных смесей в каскадах. Пособие основывается на опубликованных отечественных и зарубежных работах и материалах конференций. Приводятся примеры обогащения в
каскадах различных целевых изотопов из многокомпонентных изотопных смесей.
Учебное пособие написано по материалам читаемого в НИЯУ МИФИ курса «Молекулярно-кинетические методы разделения изотопов» и аналогичного курса в УГТУ-УПИ для студентов старших курсов и аспирантов, обучающихся по специальности «Физика кинетических явлений». Пособие также может быть полезно для специалистов, работающих на разделительных предприятиях.
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ. Содержание
Введение. Теория каскадов для разделения бинарных смесей
Разделительный элемент, разделительная ступень. Основные параметры и уравнения.
Разделительная способность (мощность). Работа разделения. Разделительный потенциал.
Основные принципы каскадирования. Типы разделительных каскадов.
Основные параметры и уравнения симметричного противоточного каскада.
Критерии эффективности работы каскада.
Идеальный каскад для разделения бинарной изотопной смеси.
Основные уравнения симметричного идеального каскада. Классификация идеальных каскадов.
Идеальный каскад с малым обогащением на ступени (случай слабого обогащения).
Идеальный каскад с одинаковым немалым коэффициентом разделения на ступенях.
Оптимизация каскада с заданными внешними концентрациями целевого изотопа.
Сравнение идеального и оптимального каскадов.
Идеальный каскад с потерями.
Прямоугольно-секционированные (ПСК) и прямоугольные каскады (ПК) для разделения бинарных смесей.
ПСК и ПК в случае «слабого обогащения».
Противоточная ступень. Представление разделительной колонны как прямоугольного
каскада из противоточных ступеней.
Оптимизация ПК и ПСК в случае слабого обогащения.
ПК в случае произвольных обогащений на его ступенях.
Нестационарные (переходные) процессы в каскадах.
Дифференциальное уравнение нестационарного разделительного процесса. Некоторые особенности нестационарных процессов.
Приближенные решения уравнения нестационарного процесса.
Несимметричные каскады.
Основные уравнения несимметричного каскада. Идеальный несимметричный каскад
с произвольным обогащением на ступени.
Несимметричный идеальный каскад с малым обогащением на ступени.
Прямоугольный несимметричный каскад.
Контрольные вопросы к первой части.
Список литературы.
Приложения.
Численный метод решения уравнения нестационарного переноса.
Основные правила операционного исчисления. Операторное изображение.
Значения корней трансцендентного уравнения. Теория каскадов для разделения многокомпонентных смесей.
Разделительная ступень. Основные характеристики и уравнения ступени.
Основные уравнения противоточного симметричного разделительного каскада.
Каскад в случае слабого разделения.
Основные уравнения.
Исследование каскадов заданного профиля методом ортогональной коллокации.
Метод квазилинеаризации.
Модельные каскады. Анализ прямоугольно-секционированного каскада на основе модельных каскадов.
Q-каскады («свободные» каскады) и их свойства.
R-каскады и их свойства.
Решение системы уравнений каскада с несмешением по относительной концентрации для выбранной пары компонентов методом Б.В.Жигаловского.
R-каскад с дополнительным потоком отбора.
Аппроксимация каскадов непрерывного профиля прямоугольно-секционированным
каскадом.
Нестационарные процессы в каскаде.
Уравнение нестационарного переноса в каскаде.
Некоторые особенности нестационарных процессов.
Переходные процессы в двойных каскадах.
Разделение многокомпонентной смеси изотопомодифицированных молекул в каскаде при наличии внутрифазного изотопного обмена.
Каскады с немалыми обогащениями на ступенях.
Основные уравнения.
Обзор численных методов решения системы уравнений переноса в каскадах заданного профиля.
«Классический» итерационный метод.
«Матричный» метод.
Метод, основанный на решении системы уравнений переходного (нестационарного)
процесса в каскаде.
Метод квазилинеаризации.
Метод расчета на основе приближения фактора разделения.
Влияние параметров каскада на состав получаемой смеси.
Модельные каскады и их свойства.
Каскад с постоянными относительными коэффициентами разделения на ступенях
(«квазиидеальный» каскад).
Квазиидеальный каскад с несмешением относительных концентраций двух заданных
компонентов смеси (R-каскад).
Оптимальный каскад с заданными концентрациями по целевому изотопу. Сравнение с R-каскадом.
Квазиидеальный каскад с потерями рабочего вещества на ступенях.
Квазиидеальный каскад с двумя питающими потоками.
Контрольные вопросы ко второй части.
Список литературы. Примеры практического разделения неурановых изотопов на каскадах
газовых центрифуг.
Понятия и приемы, используемые в практике центробежного каскадирования.
Многопараметричность разделительных задач.
Организация разделительной кампании.
Примеры разделительных кампаний.
Некоторые экономические аспекты центробежного разделения стабильных изотопов.
Контрольные вопросы к третьей части.
Список литературы.