离心法生产131Xe同位素技术研究

为利用离心分离方法将¹³¹Xe同位素丰度浓缩到90%以上,本研究采用多组分矩形级联算法进行级联计算,分析中间组分的分离特性,研究级联长度、供料位置、级联分流比等参数对分离效果的影响。对分离¹³¹Xe同位素的矩形级联分离方案进行优化,制定生产丰度为90%以上的¹³¹Xe运行方案,通过解决¹³¹Xe同位素分离过程中的级联工况调整与稳定、中间组分浓缩等关键技术,最终经8遍分离获得丰度为93.786%的公斤级¹³¹Xe产品,证明级联生产高丰度¹³¹Xe产品的可行性。     

离心法生产~(131)Xe同位素技术研究

为利用离心分离方法将~(131) Xe同位素丰度浓缩到90%以上,本研究采用多组分矩形级联算法进行级联计算,分析中间组分的分离特性,研究级联长度、供料位置、级联分流比等参数对分离效果的影响。对分离~(131) Xe同位素的矩形级联分离方案进行优化,制定生产丰度为90%以上的~(131) Xe运行方案,通过解决~(131) Xe同位素分离过程中的级联工况调整与稳定、中间组分浓缩等关键技术,最终经8遍分离获得丰度为93.786%的公斤级~(131) Xe产品,证明级联生产高丰度~(131) Xe产品的可行性。     

以三氯化硼为介质离心分离硼同位素

为了实现硼同位素的分离制备,采用气体离心法,以三氯化硼为工作介质进行离心分离研究。通过单机分离实验,对三氯化硼样品进行质谱分析,得到不同供料流量、分流比条件下的基本全分离系数,并在此基础上进行富集硼-10的离心分离级联计算。结果表明,以三氯化硼为工作介质离心分离硼同位素可行;三氯化硼的基本全分离系数可达1.08;使用30级矩形级联或60级相对丰度匹配级联一次分离可以获得丰度大于60%的硼-10同位素产品,二次分离可以获得丰度大于90%的硼-10同位素产品。该研究的开展可为离心法生产高丰度硼同位素产品提供参考。     

以四氯化钛为介质离心分离钛同位素

为了实现钛同位素的分离制备,采用气体离心法,开展了以四氯化钛为工作介质的离心分离研究。通过对工作介质四氯化钛的组分分析,开展单机离心分离实验,得到四氯化钛的基本全分离系数达到1.08的单机工况,并在此基础上进行钛同位素的离心分离级联计算,得到矩形级联、相对丰度匹配级联（MARC级联）的设计参数。该研究的开展确定了气体离心法分离钛同位素的可行性,可为气体离心法生产钛同位素产品提供参考。     

以四氯化钛为介质离心分离钛同位素

为了实现钛同位素的分离制备,采用气体离心法,开展了以四氯化钛为工作介质的离心分离研究。通过对工作介质四氯化钛的组分分析,开展单机离心分离实验,得到四氯化钛的基本全分离系数达到1.08的单机工况,并在此基础上进行钛同位素的离心分离级联计算,得到矩形级联、相对丰度匹配级联(MARC级联)的设计参数。该研究的开展确定了气体离心法分离钛同位素的可行性,可为气体离心法生产钛同位素产品提供参考。     

以三氯化硼为介质离心分离硼同位素

为了实现硼同位素的分离制备,采用气体离心法,以三氯化硼为工作介质进行离心分离研究。通过单机分离实验,对三氯化硼样品进行质谱分析,得到不同供料流量、分流比条件下的基本全分离系数,并在此基础上进行富集硼-10的离心分离级联计算。结果表明,以三氯化硼为工作介质离心分离硼同位素可行;三氯化硼的基本全分离系数可达1.08;使用30级矩形级联或60级相对丰度匹配级联一次分离可以获得丰度大于60%的硼-10同位素产品,二次分离可以获得丰度大于90%的硼-10同位素产品。该研究的开展可为离心法生产高丰度硼同位素产品提供参考。     

以七氟丙烷为介质离心分离碳同位素

以七氟丙烷(C3HF7)为分离介质,通过气体离心法研究碳同位素的分离制备。利用国产气体离心机开展单机离心分离实验,通过气体质谱仪分析C3HF7样品,计算不同工况条件下的分离系数和单机分离功率,分离系数可达1.12。在单机实验结果的基础上,采用相对丰度匹配级联(MARC)模型,对富集13 C的生产进行级联计算。选取分离功率最大的实验工况作为计算参数,通过三次级数分别为30、60、75的级联分离,可以将13 C的丰度从天然丰度富集至30%以上。综合考虑单机实验和级联计算的结果,以C3HF7为介质离心分离碳同位素可行。     

清洗级联分离同位素的过程中沉积物物质分布的计算方法

在级联分离同位素的过程中,某些分离工质会在级联内发生化学反应,持续产生少量的固体物质沉积在分离设备内。随着沉积物的增加,将逐步影响分离设备的分离性能,进而影响级联的生产运行,因此需要定期对沉积物进行清理。本文针对清理过程,提出一种数值计算方法,用于级联内不同气态物质分布规律的计算。该算法在单机清理参数已知的前提下,以级联级间物质守恒为基础,采用线性迭代算法描述级联内各类气态物质的分布情况,通过总的物质守恒达到计算收敛。算例的数值计算结果表明,本算法在不同级联工况下均能稳定收敛。     

以七氟丙烷为介质离心分离碳同位素

以七氟丙烷（C₃HF₇）为分离介质,通过气体离心法研究碳同位素的分离制备。利用国产气体离心机开展单机离心分离实验,通过气体质谱仪分析C₃HF₇样品,计算不同工况条件下的分离系数和单机分离功率,分离系数可达1.12。在单机实验结果的基础上,采用相对丰度匹配级联（MARC）模型,对富集¹³C的生产进行级联计算。选取分离功率最大的实验工况作为计算参数,通过三次级数分别为30、60、75的级联分离,可以将¹³C的丰度从天然丰度富集至30%以上。综合考虑单机实验和级联计算的结果,以C₃HF₇为介质离心分离碳同位素可行。     

电解-精馏级联分离D_2/HD/DT研究

为研究电解精馏级联氢同位素分离过程的规律性,建立了理论模型,以D2/HD/DT为对象计算研究系统分离行为,获得了电解和精馏过程系统的浓集行为。由于分离因子的差异,在电解池中HD趋向贫化,DT趋向富集。第一根柱再沸器中DT随时间呈线性增长,经48h浓缩近68倍。在第二根柱再沸器中,HD降低一个量级,DT降低约两个量级。电解-精馏级联工艺能同时除去D2中微量的HD和DT,可应用于重水升级和除氚。     

Flow Induced Vibrations in Gas Tube Assembly of Centrifuge

A centrifuge essentially consists of a rotor rotating at very high speed. Gas tube assembly, located at the center of the rotor, is used to introduce feed gas into the rotor and remove product and waste streams from it. The gas tube assembly is thus a static component, the product and waste scoops of which are lying in the high pressure region of a fluid rotating at very high speed. This can cause flow induced vibrations in the gas tube assembly. Such vibrations affect not only the mechanical stability of the gas tube assembly but may also reduce the separative power of the centrifuge. In a cascade, if some of the centrifuges have gas tube vibration, then cascade performance will be affected.

A theoretical analysis of the effect of waste tube vibrations on product and waste flow rates and pressures in the centrifuge is presented. A simple stage consisting of two centrifuges, in which one has tube vibration, is considered for this purpose. The results are compared with experiment. It is shown that waste tube vibration generates oscillations in waste and product flow rates that are observable outside the centrifuge.     

铀浓缩产品丰度控制分析

从离心级联实际生产运行出发,基于价值函数公式,推算出因丰度波动在精料收料容器中造成的分离功损失的表达式。公式显示,丰度波动会导致精料容器内发生分离功损失,且与收料质量呈线性关系,与丰度波动大小呈二次函数关系。分析引起级联精料丰度波动的各种因素变化是否会造成级联内部分离功损失的变化。结果表明,每一种影响因素的参数变化时,级联内部机组压力、流量都会重新调整并进入新的稳态,导致级联偏离理想工况,分离能力下降且级联混合分离功损失相应增加。因此,对精料流产品丰度控制提出优化策略,在实际运行中,应尽可能减少影响产品丰度的参数变化,以减小分离功的损失。     

分离设备清理的优化方法

分离设备在运行过程中会持续产生少量固体沉积物，需要定期清理。目前常规的清理方法是采用区段单级清理模式，将多个分离设备并联。针对该方法原料用量大、总用时长的缺点，本文提出级联模式清理方法，并通过计算进行单级清理与级联清理方法优化比较。以10级的级联清理为例，优化结果表明，相比常规清理方法，原料使用量节省75.9%，清洗时间节省89.3%。因此，采用级联模式清理可以大幅减少原料使用量，有效缩短清理总时长，显著优于单级模式清理。     

以二氧化碳为介质扩散分离碳同位素的可行性研究

为进一步提高气体扩散法分离¹³C同位素的效率,在前期初步实验的基础上,开展单级扩散分离参数优化实验研究,并进行高丰度¹³C同位素制备的级联方案初步设计。在相对优化的实验参数条件下,气体扩散分离二氧化碳的基本全分离系数可以达到1.01以上。对单级分离实验数据进行计算,初步拟合出供料流量与膜前后压强的函数关系。采用多元分离理论对扩散分离二氧化碳进行级联分析计算,以天然二氧化碳为原料,可通过两次级联分离获得高丰度¹³C同位素。第一次阶梯级联分离的重馏分¹³C同位素丰度大于42%,并将其作为第二次阶梯级联分离的供料,第二次阶梯级联分离的轻馏分¹³C同位素丰度大于90%。     

一种改进的脉冲级联分离中间组分

提出了一种新的改进运行方式的脉冲级联,能减小脉冲级联过渡过程的最终脉冲数,缩短过渡时间,在工程上更易实现。与常规级联相比,用这种脉冲级联分离多组分同位素混合物,能用较少的级数和离心机数目得到相同的目标同位素丰度。而利用相同长度的级联和相同数量的离心机构成矩形级联,中间组分的精料丰度在脉冲级联中更高,其贫料丰度在脉冲级联中更低。通过优化在级联中部的适当位置增加适当大小的附加取料,脉冲级联能获得的中间组分产品的丰度远较常规级联能获得的丰度高。     

76Ge同位素的离心级联分离制备

高丰度⁷⁶Ge同位素在基础物理研究、医用放射性同位素领域有广泛应用,⁷⁶Ge富集的高纯锗探测器可用于探测无中微子双β衰变。为实现⁷⁶Ge同位素的分离制备,本文以四氟化锗（GeF₄）为介质,使用气体离心法开展研究。采用阶梯级联模型的计算结果表明,5轮分离可将⁷⁶Ge的丰度从天然丰度7.73%提升至90%以上。在21级阶梯级联实验平台上进行离心分离实验,调节流量、分流比等工况参数,制定分离流程,探索实验规律并优化实验方案。最终经过5轮分离,获得百克量级的丰度为94.21%的⁷⁶Ge同位素产品,为国产离心级联制备高丰度⁷⁶Ge产品及其工业化生产提供参考。     

相对丰度匹配的网格级联分离多组分同位素混合物

本文提出了一种仅两个取料的网格级联——相对丰度匹配的网格级联。其上半部分是理想网格级联,下半部分是有回流的网格级联。只要在回流点处某两种关键组分的分离是对称分离,这两种组分即能满足丰度无混合的条件。给出了相对丰度匹配网格级联的计算方法,并针对分离多组分同位素混合物的不同情况,对该种网格级联的分离性能进行了讨论。结果表明,相对丰度匹配网格级联能很好地实现同位素的分离,在级联总流量相同的情况下,能达到不亚于常规相对丰度匹配级联的分离效果。