بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مباحث مهم در زنجیرههای غنیسازی با سانتریفیوژ، رسیدن به حالت عدم اختلاط در نقاط تلاقی جریانها میباشدکه تحقق آن در زنجیرههای جریان برگشتی ناهمسو برای جداسازی ایزوتوپهای پایدار در مخلوطهای چندجزئی ممکن نیست. در این مقاله نشان داده میشود که با استفاده از مفهومی به نام زنجیره شبکهای، عدم اختلاط تمامی اجزاء در نقاط تلاقی جریانها محقق شده و نتایج آن برای اولین بار جهت جداسازی ایزوتوپهای پایدار تلوریم گزارش میشود. به منظور بررسی عملکرد جداسازی این زنجیره، کد INETCAS به طور موفقیت آمیزی توسعه داده شده است. نتایج نشان میدهد که عدم اختلاط در این زنجیره برای عناصر مختلف به خوبی تحقق مییابد.
کلمات کلیدی: زنجیره شبکهای، زنجیره ایدهآل، ایزوتوپهای پایدار، تلوریم، غنیسازی
-1 مقدمه
امروزه ایزوتوپهای پایدار غنیشده، ضرورتاً سهم بزرگی را در پیشرفت زمینههای مختلف علوم و اقتصاد ملی ایفا میکنند. زمینههای کاربرد ایزوتوپهای پایدار بسیار وسیع است. بیشترین کاربرد ایزوتوپهای پایدار در تولید رادیوداروها، استفاده در دستگاه ام آر آی، تحقیقات فیزیک کاربردی، الکترونیک و صنعت هستهای میباشد.[1] تحقیقات بنیادی فیزیک، روشهای تشخیص و درمان پزشکی و توسعه مواد جدید، تقاضا برای مصرف ایزوتوپهای پایدار را روزبهروز افزایش میدهد و در نتیجه نیاز به توسعه روشهای جداسازی ایزوتوپهای پایدار بیش از پیش احساس میشود. در مورد عناصر سنگین، در حال حاضر بهترین و مقرون به صرفهترین روش جداسازی ایزوتوپهای پایدار، استفاده از زنجیرههای غنیسازی سانتریفیوژ گازی میباشد. برای دستیابی به بهترین عملکرد در جداسازی ایزوتوپی، مطلوب است که در نقاط تلاقی جریانها، شرط عدم اختلاط برقرار باشد.این مسئله منجر به مفهوم زنجیره ایدهآل میشود که تنها در مورد جداسازی مخلوطهای دوجزئی ممکن است.
در مورد زنجیرههای معمول جریان برگشتی برای جداسازی مخلوطهای چندجزئی، رسیدن به حالت عدم اختلاط برای تمامی اجزاء ممکن نیست.2]، 3، 4، [5 دلیل آن این است که با تحمیل شرط عدم اختلاط برای تمامی اجزاء مخلوط، تعداد معادلات حاکم بر مسئله بیشتر از مجهولات میگردد. بنابراین باید به دنبال زنجیرهای بود که در آن، تحت شرایطی بتوان به عدم اختلاط تمامی اجزاء در نقاط تلاقی جریانها دست یافت. یکی از این زنجیرهها زنجیره شبکهای ایدهآل است که تحت شرایطی این امکان را فراهم میآورد که بیش از یک شرط عدم اختلاط در نقاط تلاقی تحمیل گردد.[6] در این تحقیق به بررسی زنجیره شبکهای جهت برقراری عدم اختلاط در جریانها و بکارگیری آن جهت جداسازی ایزوتوپهای پایدار تلوریم پرداخته میشود.
-2 تئوری -1-2معرفی زنجیره شبکهای و معادلات حاکم بر آن
زنجیره شبکهای، یک زنجیره دو بعدی است که در شکل شماره - 1 - نشان داده شده است. در جهت افقی، اندیس s، نشان دهنده شماره مرحله است. در جهت عمودی، اندیس l معرف لایه میباشد. خوراک زنجیره به مرحله 0 - ، - 1 که بالاترین مرحله در زنجیره و واقع در لایه اول است، وارد میگردد. فلشهای به سمت راست که در زیر هر مرحله - مربع - قرار دارد نشاندهنده جریان بالاسری آن مرحله و فلشهای به سمت چپ نیز نشاندهنده جریان پایینسری میباشد.تعداد ایزوتوپهای موجود در مخلوط در نظر گرفته میشود. جریانهای خوراک، بالاسری و پایینسری مرحله - l, s - به ترتیب با - , - ، ′ - , - و " - , - نشان داده میشوند و غلظت در این جریانها به ترتیب , - , - ، ′, - , - و ", - , - میباشند. همچنین پارامترهای و به ترتیب فاکتورهای غنیسازی و تهیسازی بین دو جزء i و j میباشند که به صورت معمول، در تمامی مراحل ثابت فرض میشوند. تعریف این فاکتورها رابطه - 1 - را بدست میدهد که در آن - ونسبت فراوانی اجزاء iام و jام در جریانهای خوراک، بالاسری و پایینسری مرحله - , - میباشند.
شرط لازم و کافی برای وجود عدم اختلاط، یعنی , - , - = ′, - −1, −1 - = ", - −1, +1 - در هر نقطه تلاقی، برقراری رابطه - Error> No text of specified style in document. - است.این بدین معنی است که هنگامی که عدم اختلاط برقرار باشد، نسبت فراوانی بین هر جفت ایزوتوپ، تابعی از و خواهد بود. اثبات میشود که برای تحقق زنجیره شبکهای ایدهآل، نیاز به مشخص کردن مقدار یکی از - , = 1,2, … , , ≠ - ها میباشد. این یک مقدار میتواند به این صورت تعیین گردد که دو جزء 1 و 2 انتخاب میشوند و جداسازی بین آنها متقارن در نظر گرفته میشود که منجر به رابطه - 3 - خواهد شد.
با توجه به اینکه مقدار 1 2 - فاکتور جداسازی بین اجزاء 1 و 2 که از خصوصیات ماشین است - مشخص است، بنابراین مقدار 1 2 معلوم خواهد بود. لازم به ذکر است که مقدار βk1k2 لزوماً به این طریق انتخاب نمیشود. با نوشتن معادلات بقای جرم و جزء مطلوب برای تمامی مراحل و استفاده از الگوریتم شبیهسازی نشان داده شده در شکل شماره - 2 - یک زنجیره شبکهای ایدهآل قابل تحقق خواهد بود که در آن تعداد لایههای مورد نظر در زنجیره است.
