www.wikidata.uk-ua.nina.az

Газова центрифуга пристрій який виконує ізотопне розділення газів Центрифуга спирається на принципи відцентрової сили що

Газова центрифуга

Газова центрифуга — пристрій, який виконує ізотопне розділення газів. Центрифуга спирається на принципи відцентрової сили, що прискорює молекули, так що частинки різної маси фізично розділяються в градієнті вздовж радіуса контейнера, що обертається. Газові центрифуги широко використовуються для відділення урану-235 (235U) від урану-238 (238U). Газова центрифуга розроблена на заміну газодифузійного методу вилучення урану-235. Високий ступінь розділення цих ізотопів залежить від використання багатьох окремих центрифуг, розташованих послідовно, які досягають послідовно вищих концентрацій. Цей процес дає вищі концентрації урану-235, використовуючи при цьому значно менше енергії порівняно з процесом газодифузії.

Схема газової центрифуги з протитечією, що використовується для розділення ізотопів урану.

Відцентровий процес ред.

Центрифуга покладається на силу відцентрового прискорення для розділення молекул відповідно до їх маси, її також можна застосувати до більшості рідин. Щільні (важчі) молекули рухаються до стінки, а легші залишаються близько до центру. Центрифуга складається з ротора з твердим корпусом, що обертається повним періодом з високою швидкістю. Концентричні газові труби, розташовані на осі ротора, використовуються для введення живильного газу в ротор і вилучення важчих і легших розділених потоків. Для виробництва 235U більш важкий потік – це потік відходів, а легший потік – це потік продукту. Сучасні центрифуги типу Zippe являють собою високі циліндри, що обертаються навколо вертикальної осі. Вертикальний градієнт температури може бути застосований для створення конвективної циркуляції, що піднімається в центрі та опускається на периферії центрифуги. Такий протитечійний потік також може бути стимульований механічно ковшами, які виймають збагачену та збіднену фракції. Дифузія між цими протилежними потоками збільшує поділ за принципом протитечійного розмноження.

На практиці, оскільки існують обмеження щодо висоти однієї центрифуги, кілька таких центрифуг з’єднуються послідовно. Кожна центрифуга отримує один вхід і виробляє дві вихідні лінії, що відповідають легким і важким фракціям. Вхід кожної центрифуги – це вихід (легкий) попередньої центрифуги та вихід (важкий) наступного ступеня. Це дає майже чисту легку фракцію з виходу (легку) останньої центрифуги та майже чисту важку фракцію з виходу (важку) з першої центрифуги.

Процес газового центрифугування ред.

Каскад газових центрифуг, що використовуються для виробництва збагаченого урану. Випробувальний стенд газової центрифуги США в Пікетоні, штат Огайо, 1984 рік. Кожна центрифуга становить приблизно 12 метрів у висоту. (Звичайні центрифуги, які використовуються сьогодні, набагато менші, менше 5 метрів у висоту.)

Процес газового центрифугування використовує унікальну конструкцію, яка дозволяє газу постійно надходити в центрифугу та виходити з неї. На відміну від більшості центрифуг, які покладаються на періодичну обробку, газова центрифуга використовує безперервну обробку, що дозволяє каскадувати, у якому кілька ідентичних процесів відбуваються послідовно. Газова центрифуга складається з циліндричного ротора, корпусу, електродвигуна та трьох ліній для руху матеріалу. Газова центрифуга розроблена з корпусом, який повністю закриває центрифугу. Циліндричний ротор розташований усередині корпусу, з якого видалено все повітря, що забезпечує обертання майже без тертя під час роботи. Двигун обертає ротор, створюючи відцентрову силу на компонентах, які потрапляють у циліндричний ротор. Ця сила розділяє молекули газу, при цьому більш важкі молекули рухаються до стінки ротора, а легші молекули – до центральної осі. Є дві лінії виходу, одна для фракції, збагаченої потрібним ізотопом (при розділенні урану це U-235), і інша збіднена ним. Вихідні лінії передають ці сепарації в інші центрифуги для продовження процесу центрифугування. Процес починається, коли ротор балансується в три етапи. Більшість технічних деталей газових центрифуг важко отримати, оскільки вони оповиті «ядерною таємницею».

Перші центрифуги, що використовувалися у Великій Британії, використовували корпус зі сплаву, обгорнутий скловолокном, просоченим епоксидною смолою. Динамічне балансування вузла було досягнуто шляхом додавання невеликих слідів епоксидної смоли в місцях, зазначених блоком тестового балансування. Двигун зазвичай був млинцевого типу, розташований у нижній частині циліндра. Ранні пристрої зазвичай мали довжину близько 2 метрів (приблизно), але наступні розробки поступово збільшували довжину. Сучасне покоління має довжину понад 4 метри. Підшипники є пристроями на основі газу, оскільки механічні підшипники не витримають при нормальних робочих швидкостях цих центрифуг.

Секція центрифуг буде живитися змінною частотою змінного струму від електронного (масового) інвертора, який повільно нарощуватиме їх до необхідної швидкості, як правило, понад 50 000 об/хв. Один із запобіжних заходів полягав у швидкому виході за межі частот, на яких, як відомо, циліндр мав проблеми з резонансом. Інвертор — це високочастотний пристрій, здатний працювати на частотах близько 1 кілогерца. Весь процес зазвичай тихий; якщо чути шум із центрифуги, це попередження про несправність (яка зазвичай відбувається дуже швидко). Конструкція каскаду зазвичай допускає вихід з ладу принаймні одного центрифужного блоку без шкоди для роботи каскаду. Агрегати, як правило, дуже надійні, перші моделі безперервно працювали понад 30 років.

Пізніші моделі постійно збільшували швидкість обертання центрифуг, оскільки саме швидкість стінки центрифуги найбільше впливає на ефективність сепарації.

Особливістю каскадної системи центрифуг є те, що можна поступово збільшувати продуктивність установки, додаючи каскадні «блоки» до існуючої установки у відповідних місцях, а не встановлювати абсолютно нову лінію центрифуг.

Агрегати роздільної роботи ред.

Одиниця роздільної роботи є мірою кількості роботи, виконаної центрифугою, і має одиниці маси (зазвичай одиниця роздільної роботи в кілограмі). Робота необхідна для відділення маси корму аналізу в масу аналізу продукту , і хвости маси і аналіз виражається через кількість необхідних одиниць роздільної роботи, задану виразом

Практичне застосування центрифугування ред.

Відділення урану-235 від урану-238 ред.

Для виділення урану потрібен матеріал у газоподібній форміє, гексафторид урану (UF6) використовується для збагачення урану. При вході в циліндр центрифуги газ UF6 обертається з високою швидкістю. Обертання створює сильну відцентрову силу, яка притягує більше молекул важчого газу (що містить U-238) до стінки циліндра, тоді як легші молекули газу (що містять U-235) прагнуть зібратися ближче до центру. Трохи збагачений потік U-235, відбирається та подається на наступний вищий етап, тоді як злегка збіднений потік повертається назад на наступний нижчий етап.

Історія ред.

Запропонований у 1919 році відцентровий процес був вперше успішно проведений у 1934 році. Американський вчений Джессі Бімз і його команда з Університету Вірджинії розробили процес шляхом розділення двох ізотопів хлору за допомогою вакуумної ультрацентрифуги. Це був один із початкових методів розділення ізотопів, який використовувався під час Манхеттенського проекту, зокрема Гарольдом Урі та Карлом П. Коеном. Але дослідження було припинено в 1944 році, оскільки вважалося, що цей метод не дасть результатів до кінця війни і що інші способи збагачення урану (газова дифузія та електромагнітне розділення) мали більше шансів на успіх у короткостроковій перспективі. Цей метод успішно використовувався в радянській ядерній програмі, завдяки чому Радянський Союз став найефективнішим постачальником збагаченого урану.

У довгостроковій перспективі, особливо з розвитком центрифуги типу Zippe, газова центрифуга стала дуже економічним способом розділення, споживаючи значно менше енергії, ніж інші методи, і має багато інших переваг.

Дослідження фізичних характеристик центрифуг проводив пакистанський учений Абдул Кадір Хан у 1970–80-х роках, використовуючи вакуумні методи для підвищення ролі центрифуг у розробці ядерного палива для пакистанської атомної бомби. Багато теоретиків, які працювали з Ханом, не були впевнені, що газоподібний і збагачений уран будуть можливими з часом. Один вчений згадував: «Ніхто у світі не використовував метод [газової] центрифуги для виробництва військового урану... Це не спрацювало би. Він просто втрачав час». Незважаючи на скептицизм, швидко було доведено, що програма здійсненна. Збагачення за допомогою центрифуги використовувалося в експериментальній фізиці, і до кінця 20-го століття цей метод був контрабандою привезений щонайменше до трьох різних країн.

Дивись також ред.

Примітки ред.

  1. Basics of Centrifuge - Cole Parmer
  2. ↑ Khan, Abdul Qadeer; Atta, M. A.; Mirza, J. A. (1 вересня 1986). Flow Induced Vibrations in Gas Tube Assembly of Centrifuge. Journal of Nuclear Science and Technology 23 (9): 819–827. Bibcode:1986JNST...23..819A. doi:10.1080/18811248.1986.9735059. 
  3. ↑ Gas Centrifuge Uranium Enrichment
  4. What is a Gas Centrifuge? [ 12 травня 2003 у Wayback Machine.]
  5. ↑ Khan, A.Q.; Suleman, M.; Ashraf, M.; Khan, M. Zubair (1 листопада 1987). Some Practical Aspects of Balancing an Ultra-Centrifuge Rotor. Journal of Nuclear Science and Technology 24 (11): 951–959. Bibcode:1987JNST...24..951K. doi:10.1080/18811248.1987.9733526. 
  6. ↑ Brigadier-General (retired) Feroz Hassan Khan (7 листопада 2012). Mastering the Uranium Enrichment. Eating grass: the making of the Pakistani bomb. Stanford, California: Stanford University Press. с. 151. ISBN 978-0804776011.  {{cite book}}: |accessdate= вимагає |url= (довідка)

Література ред.

 

Посилання ред.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Gazova centrifuga pristrij yakij vikonuye izotopne rozdilennya gaziv Centrifuga spirayetsya na principi vidcentrovoyi sili sho priskoryuye molekuli tak sho chastinki riznoyi masi fizichno rozdilyayutsya v gradiyenti vzdovzh radiusa kontejnera sho obertayetsya Gazovi centrifugi shiroko vikoristovuyutsya dlya viddilennya uranu 235 235U vid uranu 238 238U Gazova centrifuga rozroblena na zaminu gazodifuzijnogo metodu viluchennya uranu 235 Visokij stupin rozdilennya cih izotopiv zalezhit vid vikoristannya bagatoh okremih centrifug roztashovanih poslidovno yaki dosyagayut poslidovno vishih koncentracij Cej proces daye vishi koncentraciyi uranu 235 vikoristovuyuchi pri comu znachno menshe energiyi porivnyano z procesom gazodifuziyi Shema gazovoyi centrifugi z protitechiyeyu sho vikoristovuyetsya dlya rozdilennya izotopiv uranu Zmist 1 Vidcentrovij proces 2 Proces gazovogo centrifuguvannya 2 1 Agregati rozdilnoyi roboti 2 2 Praktichne zastosuvannya centrifuguvannya 2 2 1 Viddilennya uranu 235 vid uranu 238 3 Istoriya 4 Divis takozh 5 Primitki 6 Literatura 7 PosilannyaVidcentrovij proces red Centrifuga pokladayetsya na silu vidcentrovogo priskorennya dlya rozdilennya molekul vidpovidno do yih masi yiyi takozh mozhna zastosuvati do bilshosti ridin 1 Shilni vazhchi molekuli ruhayutsya do stinki a legshi zalishayutsya blizko do centru Centrifuga skladayetsya z rotora z tverdim korpusom sho obertayetsya povnim periodom z visokoyu shvidkistyu 2 Koncentrichni gazovi trubi roztashovani na osi rotora vikoristovuyutsya dlya vvedennya zhivilnogo gazu v rotor i viluchennya vazhchih i legshih rozdilenih potokiv 2 Dlya virobnictva 235U bilsh vazhkij potik ce potik vidhodiv a legshij potik ce potik produktu Suchasni centrifugi tipu Zippe yavlyayut soboyu visoki cilindri sho obertayutsya navkolo vertikalnoyi osi Vertikalnij gradiyent temperaturi mozhe buti zastosovanij dlya stvorennya konvektivnoyi cirkulyaciyi sho pidnimayetsya v centri ta opuskayetsya na periferiyi centrifugi Takij protitechijnij potik takozh mozhe buti stimulovanij mehanichno kovshami yaki vijmayut zbagachenu ta zbidnenu frakciyi Difuziya mizh cimi protilezhnimi potokami zbilshuye podil za principom protitechijnogo rozmnozhennya Na praktici oskilki isnuyut obmezhennya shodo visoti odniyeyi centrifugi kilka takih centrifug z yednuyutsya poslidovno Kozhna centrifuga otrimuye odin vhid i viroblyaye dvi vihidni liniyi sho vidpovidayut legkim i vazhkim frakciyam Vhid kozhnoyi centrifugi ce vihid legkij poperednoyi centrifugi ta vihid vazhkij nastupnogo stupenya Ce daye majzhe chistu legku frakciyu z vihodu legku ostannoyi centrifugi ta majzhe chistu vazhku frakciyu z vihodu vazhku z pershoyi centrifugi Proces gazovogo centrifuguvannya red nbsp Kaskad gazovih centrifug sho vikoristovuyutsya dlya virobnictva zbagachenogo uranu Viprobuvalnij stend gazovoyi centrifugi SShA v Piketoni shtat Ogajo 1984 rik Kozhna centrifuga stanovit priblizno 12 metriv u visotu Zvichajni centrifugi yaki vikoristovuyutsya sogodni nabagato menshi menshe 5 metriv u visotu Proces gazovogo centrifuguvannya vikoristovuye unikalnu konstrukciyu yaka dozvolyaye gazu postijno nadhoditi v centrifugu ta vihoditi z neyi Na vidminu vid bilshosti centrifug yaki pokladayutsya na periodichnu obrobku gazova centrifuga vikoristovuye bezperervnu obrobku sho dozvolyaye kaskaduvati u yakomu kilka identichnih procesiv vidbuvayutsya poslidovno Gazova centrifuga skladayetsya z cilindrichnogo rotora korpusu elektrodviguna ta troh linij dlya ruhu materialu Gazova centrifuga rozroblena z korpusom yakij povnistyu zakrivaye centrifugu 3 Cilindrichnij rotor roztashovanij useredini korpusu z yakogo vidaleno vse povitrya sho zabezpechuye obertannya majzhe bez tertya pid chas roboti Dvigun obertaye rotor stvoryuyuchi vidcentrovu silu na komponentah yaki potraplyayut u cilindrichnij rotor Cya sila rozdilyaye molekuli gazu pri comu bilsh vazhki molekuli ruhayutsya do stinki rotora a legshi molekuli do centralnoyi osi Ye dvi liniyi vihodu odna dlya frakciyi zbagachenoyi potribnim izotopom pri rozdilenni uranu ce U 235 i insha zbidnena nim Vihidni liniyi peredayut ci separaciyi v inshi centrifugi dlya prodovzhennya procesu centrifuguvannya 4 Proces pochinayetsya koli rotor balansuyetsya v tri etapi 5 Bilshist tehnichnih detalej gazovih centrifug vazhko otrimati oskilki voni opoviti yadernoyu tayemniceyu 5 Pershi centrifugi sho vikoristovuvalisya u Velikij Britaniyi vikoristovuvali korpus zi splavu obgornutij sklovoloknom prosochenim epoksidnoyu smoloyu Dinamichne balansuvannya vuzla bulo dosyagnuto shlyahom dodavannya nevelikih slidiv epoksidnoyi smoli v miscyah zaznachenih blokom testovogo balansuvannya Dvigun zazvichaj buv mlincevogo tipu roztashovanij u nizhnij chastini cilindra Ranni pristroyi zazvichaj mali dovzhinu blizko 2 metriv priblizno ale nastupni rozrobki postupovo zbilshuvali dovzhinu Suchasne pokolinnya maye dovzhinu ponad 4 metri Pidshipniki ye pristroyami na osnovi gazu oskilki mehanichni pidshipniki ne vitrimayut pri normalnih robochih shvidkostyah cih centrifug Sekciya centrifug bude zhivitisya zminnoyu chastotoyu zminnogo strumu vid elektronnogo masovogo invertora yakij povilno naroshuvatime yih do neobhidnoyi shvidkosti yak pravilo ponad 50 000 ob hv Odin iz zapobizhnih zahodiv polyagav u shvidkomu vihodi za mezhi chastot na yakih yak vidomo cilindr mav problemi z rezonansom Invertor ce visokochastotnij pristrij zdatnij pracyuvati na chastotah blizko 1 kilogerca Ves proces zazvichaj tihij yaksho chuti shum iz centrifugi ce poperedzhennya pro nespravnist yaka zazvichaj vidbuvayetsya duzhe shvidko Konstrukciya kaskadu zazvichaj dopuskaye vihid z ladu prinajmni odnogo centrifuzhnogo bloku bez shkodi dlya roboti kaskadu Agregati yak pravilo duzhe nadijni pershi modeli bezperervno pracyuvali ponad 30 rokiv Piznishi modeli postijno zbilshuvali shvidkist obertannya centrifug oskilki same shvidkist stinki centrifugi najbilshe vplivaye na efektivnist separaciyi Osoblivistyu kaskadnoyi sistemi centrifug ye te sho mozhna postupovo zbilshuvati produktivnist ustanovki dodayuchi kaskadni bloki do isnuyuchoyi ustanovki u vidpovidnih miscyah a ne vstanovlyuvati absolyutno novu liniyu centrifug Agregati rozdilnoyi roboti red Odinicya rozdilnoyi roboti ye miroyu kilkosti roboti vikonanoyi centrifugoyu i maye odinici masi zazvichaj odinicya rozdilnoyi roboti v kilogrami Robota W S W U displaystyle W mathrm SWU nbsp neobhidna dlya viddilennya masi F displaystyle F nbsp kormu analizu x f displaystyle x f nbsp v masu P displaystyle P nbsp analizu produktu x p displaystyle x p nbsp i hvosti masi T displaystyle T nbsp i analiz x t displaystyle x t nbsp virazhayetsya cherez kilkist neobhidnih odinic rozdilnoyi roboti zadanu virazom W S W U P V x p T V x t F V x f displaystyle W mathrm SWU P cdot V left x p right T cdot V x t F cdot V x f nbsp de V x displaystyle V left x right nbsp ye funkciyeyu znachennya viznachenoyu yak V x 1 2 x ln 1 x x displaystyle V x 1 2x cdot ln left frac 1 x x right nbsp Praktichne zastosuvannya centrifuguvannya red Viddilennya uranu 235 vid uranu 238 red Dlya vidilennya uranu potriben material u gazopodibnij formiye geksaftorid uranu UF6 vikoristovuyetsya dlya zbagachennya uranu Pri vhodi v cilindr centrifugi gaz UF6 obertayetsya z visokoyu shvidkistyu Obertannya stvoryuye silnu vidcentrovu silu yaka prityaguye bilshe molekul vazhchogo gazu sho mistit U 238 do stinki cilindra todi yak legshi molekuli gazu sho mistyat U 235 pragnut zibratisya blizhche do centru Trohi zbagachenij potik U 235 vidbirayetsya ta podayetsya na nastupnij vishij etap todi yak zlegka zbidnenij potik povertayetsya nazad na nastupnij nizhchij etap Istoriya red Zaproponovanij u 1919 roci vidcentrovij proces buv vpershe uspishno provedenij u 1934 roci Amerikanskij vchenij Dzhessi Bimz i jogo komanda z Universitetu Virdzhiniyi rozrobili proces shlyahom rozdilennya dvoh izotopiv hloru za dopomogoyu vakuumnoyi ultracentrifugi Ce buv odin iz pochatkovih metodiv rozdilennya izotopiv yakij vikoristovuvavsya pid chas Manhettenskogo proektu zokrema Garoldom Uri ta Karlom P Koenom Ale doslidzhennya bulo pripineno v 1944 roci oskilki vvazhalosya sho cej metod ne dast rezultativ do kincya vijni i sho inshi sposobi zbagachennya uranu gazova difuziya ta elektromagnitne rozdilennya mali bilshe shansiv na uspih u korotkostrokovij perspektivi Cej metod uspishno vikoristovuvavsya v radyanskij yadernij programi zavdyaki chomu Radyanskij Soyuz stav najefektivnishim postachalnikom zbagachenogo uranu U dovgostrokovij perspektivi osoblivo z rozvitkom centrifugi tipu Zippe gazova centrifuga stala duzhe ekonomichnim sposobom rozdilennya spozhivayuchi znachno menshe energiyi nizh inshi metodi i maye bagato inshih perevag Doslidzhennya fizichnih harakteristik centrifug provodiv pakistanskij uchenij Abdul Kadir Han u 1970 80 h rokah vikoristovuyuchi vakuumni metodi dlya pidvishennya roli centrifug u rozrobci yadernogo paliva dlya pakistanskoyi atomnoyi bombi 3 Bagato teoretikiv yaki pracyuvali z Hanom ne buli vpevneni sho gazopodibnij i zbagachenij uran budut mozhlivimi z chasom 6 Odin vchenij zgaduvav Nihto u sviti ne vikoristovuvav metod gazovoyi centrifugi dlya virobnictva vijskovogo uranu Ce ne spracyuvalo bi Vin prosto vtrachav chas 6 Nezvazhayuchi na skepticizm shvidko bulo dovedeno sho programa zdijsnenna Zbagachennya za dopomogoyu centrifugi vikoristovuvalosya v eksperimentalnij fizici i do kincya 20 go stolittya cej metod buv kontrabandoyu privezenij shonajmenshe do troh riznih krayin 3 6 Divis takozh red Yaderni tehnologiyi Atomna energetika Yaderne palivoPrimitki red Basics of Centrifuge Cole Parmer a b Khan Abdul Qadeer Atta M A Mirza J A 1 veresnya 1986 Flow Induced Vibrations in Gas Tube Assembly of Centrifuge Journal of Nuclear Science and Technology 23 9 819 827 Bibcode 1986JNST 23 819A doi 10 1080 18811248 1986 9735059 a b v Gas Centrifuge Uranium Enrichment What is a Gas Centrifuge Arhivovano 12 travnya 2003 u Wayback Machine a b Khan A Q Suleman M Ashraf M Khan M Zubair 1 listopada 1987 Some Practical Aspects of Balancing an Ultra Centrifuge Rotor Journal of Nuclear Science and Technology 24 11 951 959 Bibcode 1987JNST 24 951K doi 10 1080 18811248 1987 9733526 a b v Brigadier General retired Feroz Hassan Khan 7 listopada 2012 Mastering the Uranium Enrichment Eating grass the making of the Pakistani bomb Stanford California Stanford University Press s 151 ISBN 978 0804776011 b cite book b accessdate vimagaye url dovidka Literatura red Basics of Centrifugation Cole Parmer Technical Lab 14 Mar 2008 Gas Centrifuge Uranium Enrichment Global Security Org 27 Apr 2005 13 Mar 2008 What is a Gas Centrifuge 2003 Institute for Science and International Security 10 Oct 2013Posilannya red Anotovana bibliografiya pro gazovu centrifugu z Digital Library Alsos Istoriya centrifugi Sho take gazova centrifuga Ugoda mizh uryadom Spoluchenih Shtativ Ameriki ta chotirma uryadami Francuzkoyi Respubliki Spoluchenogo Korolivstva Velikoyi Britaniyi ta Pivnichnoyi Irlandiyi Korolivstva Niderlandiv i Federativnoyi Respubliki Nimechchini shodo stvorennya budivnictva ta ekspluataciyi uranovih zavodiv Ustanovki dlya zbagachennya z vikoristannyam tehnologiyi gazovih centrifug u Spoluchenih Shtatah Ameriki Derzhavnij departament SShA Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Gazova centrifuga amp oldid 40639958