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E54.E70-102E50模块

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E54.E70-102E50模块

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气体离心机是实现气体离心法的关键设备,是指用于分离铀同位素的设备。气体离心机要实现同位素分离,需要具备三个条件:提供稳定强大的离心力场、在密封环境中能够连续供料与取料、具有高可靠性和长寿命。

气体离心法的原理是利用同位素之间的质量差,在强大的离心力场中将其分离。由于同位素之间的质量差是由中子数量不同造成的,一个中子相对质量仅有1.008。要将分子质量差微小的同位素分离,气体离心机必须高速旋转,才能为需要分离的同位素提供强大的离心力场。一般气体离心机转速达到60000rpm以上,对离心机材料的比强度(材料抗拉强度除以材料密度)要求*,比如高强铝合金、马氏体钢、玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料等。

虽然气体离心法分离系数相比气体扩散法提高了100倍,能耗比也大幅降低,但单台离心机分离系数还是很小,分离功率只有几公斤到几十公斤分离功。因此,要获得一定数量、一定丰度的(铀)同位素产品,一般需要成千上万台离心机通过级联方式*稳定运行才能生产出来。所以,对离心机来说,需要在高转速下*稳定运行,就需要离心机具有很高的可靠性和很长的使用寿命。

分离功(率): 分离功率是衡量一个分离装置分离能力的技术指标,表示该分离装置单位时间内所能提供的分离功;而分离功是表示分离装置对于它所处理的物质所做的“功”,也就是说,分离装置将某元素同位素中被分离同位素的丰度从一个水平提高到某一水平所产生的“价值”增量,这个“价值”增量由分离装置输出流(精料和贫料)的总价值减去输入流(供料)的总价值。分离装置包括分离单元、分离级联和分离工厂。

分离系数、浓缩系数、贫化系数: 某元素同位素经过分离单元分离,有三股流流经该分离单元,供料、精料和贫料,每股流中某一被分离同位素丰度各不相同。在精料中,被分离同位素丰度与供料中的该同位素丰度的数值比,称为浓缩系数;同样,在贫料中,被分离同位素丰度与供料中的该同位素丰度的数值比,称为贫化系数。由于被分离同位素经过分离单元分离后,提高了它的相对丰度(被分离同位素相对该元素的其他同位素的丰度),因此,浓缩系数大于一,将浓缩系数减去一,就是分离单元的分离系数。

分离单元:能够完成一级分离过程的单个分离装置称为分离单元,它是同位素分离工厂中小单位,如一台气体扩散机,一台气体离心机,一套激光分离装置。

级联:有些同位素在天然元素中含量很低,如铀-235仅占铀元素总量中的0.711%,因此,在某些分离单元分离系数较小的分离方法中,要得到一定丰度的同位素产品,就要通过一定的连接方式将很多分离单元连接起来,使得同位素丰度不断提高,这种连接方式,称为级联。

直角级联:

直角级联也称为矩形级联或者方形级联,它的每一级的质量流量都相同。直角级联有对称的和非对称级联之分,但一般都采用对称直角级联。在气体扩散级联中的各级都由相同数量的分离单元组成时,直角级联是逆流再循环级联中简单、实用的级联形式。

理想级联:

在级联的每一级入口处,有多股流分汇聚于此,如果汇合的各股流分中被分离同位素的丰度相同,而且等于该级要求达到的被分离同位素丰度,也就是说,在各级入口处没有不同丰度的物料相混合,这样就避免了丰度混合造成能量无谓的消耗,这样的级联就是理想级联。

理想级联各级流量不同,供料点处大,向精料及贫料端逐渐减小,是一个锥形级联,也称为变宽度级联。

在分离工厂中,理想级联要进行化设计,设计计算出各级流量来确定各级分离单元数量(机器台数),但单元数量(机器台数)可能不是整数,所以,实际理想级联要经过“圆整”处理,使得各级分离单元数量(机器台数)为整数。

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