npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562926010100NQNKPOnpe-477Research ArticleРазделение и применение изотопов. Масс-спектрометрияSeparation and Application of Isotopes. Mass SpectrometryК ВОПРОСУ О ПОВЫШЕНИИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГИON THE ISSUE OF INCREASING THE SEPARATION CAPACITY OF A GAS CENTRIFUGEhttps://orcid.org/0000-0001-8501-8004ДжуляД. Н.DzhulyaD. N.

кафедра "Молекулярная физика", аспирант

denis.dzhulya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8221-658XБоговаловС. В.BogovalovS. V.

кафедра "Молекулярная физика", профессор

SVBogovalov@mephi.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0888-9839ТронинИ. В.TroninI. V.

кафедра "Молекулярная физика", и. о. зав. кафедры

IVTronin@mephi.ruНациональный исследовательский ядерный университет "МИФИ"РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institye)Russian Federation202616042026171511Copyright © Джуля Д.Н., Боговалов С.В., Тронин И.В., 20262026Джуля Д.Н., Боговалов С.В., Тронин И.В.Dzhulya D.N., Bogovalov S.V., Tronin I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/477

Несмотря на тщательную оптимизацию, разделительная способность газовых центрифуг (ГЦ) всегда была меньше верхнего предела, определяемого формулой Дирака. Недавно было показано, что этот предел был сильно завышен. Тем не менее, разделительная способность современных ГЦ остается в несколько раз ниже уточненного нами верхнего предела. Целью данной работы является определение причин дефицита разделительной способности и определение мер, которые бы позволили ее повысить. Наш анализ показывает, что подавление разделения происходит в разреженных областях газа, где скорость радиальной диффузии превосходит скорость осевой конвекции. Это приводит к твердотельному распределению концентрации и подавлению разделения. Мы предположили, что увеличение плотности потока массы в разреженной области должно приводить к повышению разделительной способности ГЦ. В модели прямоточной ГЦ мы получили увеличение разделительной способности оптимальной ГЦ до величины всего в три раза меньше Дираковского верхнего предела за счет увеличения плотности потока массы в разреженной области.

Despite careful optimization, the separation capacity of gas centrifuges (GC) has always been less than the upper limit determined by the Dirac formula. It was recently shown that this limit was greatly overestimated. Nevertheless, the separation capacity of modern GC remains several times lower than the upper limit specified by us. The purpose of this work is to identify the causes of the separation capacity deficit and identify measures that would increase it. Our analysis shows that the suppression of separation occurs in rarefied regions of the gas, where the rate of radial diffusion exceeds the rate of axial convection. This leads to a solid-state concentration distribution and suppression of separation. We assumed that an increase in the density of the mass flow in a sparse region should lead to an increase in the separation capacity of GC. In the direct-flow GC model, we obtained an increase in the separation capacity of the optimal GC to a value only three times less than the Dirac upper limit due to an increase in the density of the mass flow in a sparse region.

разделение изотоповгазодинамикаразделительная способностьгазовые центрифугиisotope separationgas dynamicsseparation capacitygas centrifugesReferencesCohen K.P., Murphy G.M. The Theory of Isotope Separation as Applied to the Large-Scale Production of U235. 1951. New York: McGraw-Hill. V. 1.Cohen K. P., Murphy G. M. The Theory of isotope separation as applied to the large-scale production of U235, V. 1: McGraw-Hill, New York, 1951.Сенченков А.П., Сенченков С.А., Борисевич В.Д. Газовые центрифуги. Кн. Изотопы: свойства, получение и применение. Под ред. Баранова В.Ю. Т. 1. 2005. Москва: Физматлит. С. 168–208.Tronin I., Bogovalov S., Borman V., Tronin V. // Annals of Nuclear Energy. 2021. V. 153. P. 108029.Bogovalov S.V., Borman V.D., Tronin I.V., Tronin V.N. // Nucl. Sci. Eng. 2020. V. 194. P. 1105–1115.Senchenkov A.P., Senchenkov S.A., Borisevich V.D. Gas centrifuges, in: Baranov V.Yu. (Ed.)Tronin I., Bogovalov S., Borman V., Tronin V. // Ann. Nucl. Energy. 2021. V. 153. P. 108029.ISOTOPES: Properties, Production and Application. 2005. V. 1. P. 168-208. Fizmatlit: Moscow. (in Russian)Bogovalov S., Borman V. // Nucl. Eng. Technol. 2016.V. 48. P. 719–726.Bogovalov S.V., Borman V.D., Tronin I.V., Tronin V.N. //Nuclear Science and Engineering. 2020. V.194. P. 1105–1115.Abramowitz M., Stegun I. Handbook of Mathematical Functions: with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables. 1965. Garden City, NY: Dover Publication.Bogovalov S., Borman V. //Nuclear Engineering and Technology. 2016. V.48. P. 719–726.Abramowitz M., Stegun I. Handbook of mathematical functions: with formulas, graphs, and mathematical tables. 2011. V. 55.:Courier Corporation.Abramowitz M., Stegun I. Handbook of mathematical functions: with formulas, graphs, and mathematical tables. 2011. V. 55.:Courier Corporation.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.