Впервые в мире ученые из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ вывели формулу, описывающую разделительную способность прямоточной центрифуги для бинарной смеси, что повысит эффективность создаваемых устройств.
Лидерство России в мировом производстве дешевого обогащенного урана для атомных электростанций основано на технологиях, развитие которых было заложено еще в середине XX века. Современный способ газоцентрифужного обогащения урана требует в 50 раз меньше энергии, чем ранее применявшийся газодиффузионный метод.
В настоящее время стоимость российского топливного урана в несколько раз ниже американского. Однако чтобы сохранить лидерство, необходимо постоянно совершенствовать технологии, отмечают ученые.
В основе газоцентрифужного обогащения урана лежит разделение изотопов урана в сильных центробежных полях. Ученым важно определить зависимость оптимальной разделительной способности от параметров центрифуги и используемого в ней газа. Другими словами, специалистам необходимо понимать, как будет меняться эффективность разделения изотопной смеси при изменении параметров центрифуги – скорости вращения ротора, его длины, диаметра и т.д.
Коллектив ученых кафедры молекулярной физики НИЯУ МИФИ вывел формулу, описывающую разделительную способность центрифуги, оптимизированной по ряду параметров. Речь идет об упрощенной модели – прямоточной центрифуге, характеризующейся простотой течения газа (газ втекает с одной стороны, вытекает с другой).
До сих пор ученые располагали только опубликованной в печати экспериментальной информацией, полученной для российских противоточных центрифуг длиной около 0,5 метра. Им не удавалось найти теоретическое обоснование для результатов известных экспериментов. Более того, эти результаты прямо противоречили теоретическим соображениям.
Выведенная формула для простой прямоточной центрифуги, произвольной длины и произвольной бинарной смеси, помогает специалистам понять, какие меры необходимо предпринимать, чтобы разрабатываемые устройства были максимально эффективными, рассказал профессор кафедры молекулярной физики НИЯУ МИФИ Сергей Боговалов.
По его словам, полученная формула применима для очистки природного газа от примесей в центробежных полях с большими объемами прокачиваемого газа. Результаты работы были опубликованы в ведущем научном издании Nuclear Engineering and Technology.
«Нам стало понятно, почему разделительная способность растет как скорость в квадрате, а не в четвертой степени, что следует из простых соображений. Формула подсказывает нам, как можно повлиять на конструкцию, чтобы изменить эту зависимость», — сообщил ученый.
Ученый отметил, что полученное выражение с точностью до численного коэффициента согласуется с опубликованными в печати экспериментальными данными для противоточных центрифуг.
«И это самое удивительное, поскольку характер течения газа в прямоточной и противоточной центрифугах принципиально разный. Почему полученная формула так хорошо согласуется с экспериментом, сейчас выясняется. Кроме того, мы пока не уверены, является ли найденная формула универсальной. Этот вопрос тоже сейчас изучается», – заключил Сергей Боговалов.
Источник: Официальный сайт МИФИ