Одной из актуальных задач атомной энергетики является переработка отработавшего ядерного топлива. Такая переработка подразумевает отделение актиноидов от продуктов деления урана. Одним из методов переработки может стать плазменная масс сепарация. В ОИВТ РАН в последние 10 лет активно велись исследования, направленные на развитие различных аспектов, связанных с плазменной масс-сепарацией. В статье приведен обзор основных результатов этих исследований по четырем направлениям: численные расчеты и анализ схем сепарации; генерация плазмы буферного газа и создание потенциала в ней; источник плазмы для инжекции смеси разделяемых веществ; сепарация модельных веществ.
Идентификаторы и классификаторы
Сегодня в России развивается концепция двухкомпонентной ядерной энергетической системы с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле (ЗЯТЦ) [1]. Накапливается опыт использования “быстрого” реактора БН-800, проектируется реактор БН1200 [2], строится опытно-демонстрационный энергетический комплекс с реактором БРЕСТОД-300 [3], проектируется промышленный энергокомплекс [4].
Технология ЗЯТЦ, подразумевает максимально эффективное использование природных ресурсов для создания ядерного топлива, и сведение к минимуму количества высокоактивных ядерных отходов [5].
Список литературы
1. Алексеев П.Н., Алексеев С.В., Андрианова Е.А., Асмолов В.Г., Декусар В.М., Зродников А.В., Каграма-нян В.С., Колтун О.В., Павлов А.С., Пономарев-Степной Н.Н., Субботин С.А., Темишев Р.Р., Теп-лов П.С., Усанов В.И., Цибульский В.Ф. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле. М.: Техносфера, 2016.
2. Рачков В.И., Поплавский В.М., Цибуля А.М., Багдасаров Ю.Е., Васильев Б.А., Каманин Ю.Л., Осипов С.Л., Кузавков Н.Г., Ершов В.Н., Аширметов М.Р. // Атомная энергия. 2010. Т. 108. С. 201. -z. DOI: 10.1007/s10512-010-9286 EDN: LRGPHD
3. Драгунов Ю.Г., Лемехов В.В., Смирнов В.С., Чернецов Н.Г. // Атомная энергия. 2012. Т. 113. С. 58. DOI: 10.1007/s10512-012-9597-3 EDN: PQGFSJ
4. Воронцова О.В., Гольцов А.Е., Молоканов Н.А., Оценка стоимости оборудования зданий реактора, машинного зала и АСУ ТП АЭС ПЭК с РУ БР-1200 Научно-технический годовой отчет Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля. 2017. Москва, С. 262. EDN: XSPIJF
5. Адамов Е.О., Лопаткин А.В., Муравьев Е.В., Рачков В.И., Хомяков Ю.С. // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2019. Т. 1. С. 3. DOI: 10.1134/S0002331019010035 EDN: YYYXZB
6. Шадрин А.Ю., Двоеглазов К.Н., Иванов В.Б., Волк В.И., Шаталов В.В. // ВАНТ. Серия: Материаловедение и новые материалы. 2014. Т. 76. С. 69. EDN: QJWRWY
7. Долголенко Д.А., Муромкин Ю.А. // УФН. 2017. Т. 187. С. 1071. DOI: 10.3367/UFNr.2016.12.038016 EDN: ZIWOZZ
8. Zweben S.J., Gueroult R., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2018. T. 25. C. 090901. DOI: 10.1063/1.5042845 EDN: YKEMYH
9. Смирнов В.П., Самохин А.А., Гавриков А.В., Кузьмичев С.Д., Усманов Р.А., Ворона Н.А. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. С. 452. DOI: 10.1134/S0367292119050123 EDN: CZGNEJ
10. Koning A., Forrest R., Kellett M., Mills R., Henriksson H., Rugama Y., JEFF Report 21, Nuclear energy agency organisation for economic co-operation and development, Paris, France, 2006,. ISBN: 92-64-02314-3
11. Paperny V.L., Krasov V.I., Lebedev N.V., Astrakchan-tsev N.V. // Plasma Sources Sci. Technol. 2011. T. 20. C. 35005. DOI: 10.1088/0963-0252/20/3/035005 EDN: OHZEQX
12. Timofeev A.V. // Plasma Phys. Rep. 2000. T. 26. C. 626. DOI: 10.1134/1.952900 EDN: LFXDMF
13. Fetterman A.J., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2011. T. 18. C. 94503. DOI: 10.1063/1.3631793 EDN: PKTJZB
14. Gueroult R., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2012. T. 19. C. 122503. DOI: 10.1063/1.4771674 EDN: YAVEZU
15. Gueroult R., Fisch N.J. // Plasma Sources Sci. Technol. 2014. T. 23. C. 35002. DOI: 10.1088/0963-0252/23/3/035002
16. Жильцов В.А., Кулыгин В.М., Семашко Н.Н., Сковорода А.А., Смирнов В.П., Тимофеев А.В., Кудряв-цев Е.Г., Рачков В.И., Орлов В.В. // Атомная энергия. 2006. Т. 104. С. 302. EDN: JWCBZF
17. Тимофеев А.В. // УФН. 2014. Т. 184. С. 1101. DOI: 10.3367/UFNr.0184.201410g.1101 EDN: STFRZZ
18. Тимофеев А.В. // Физика плазмы. 2007. Т. 33. С. 971. DOI: 10.1134/S1063780X07110025 EDN: IBGTIR
19. Muromkin Y.A. // J. Energy Power Eng. 2013. T. 7. C. 306.
20. La Fontaine A.C., Louvet P., Le Gourrierec P., Pail-loux A. // J. Phys. D. Appl. Phys. 1998. T. 31. C. 847. DOI: 10.1088/0022-3727/31/7/014
21. Ковтун Ю.В., Скибенко Е.И., Скибенко А.И., Ла-рин Ю.В., Юферов В.Б. // ЖТФ. 2011. Т. 81 (5). С. 35. DOI: 10.1134/S1063784211050197 EDN: RCUAOB
22. Borisevich V.D., Potanin E.P. // Phys. Scr. 2017. T. 92. C. 75601. DOI: 10.1088/1402-4896/aa71d2 EDN: SHIUMJ
23. Borisevich V., Potanin E., Whichello J.V. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2020. T. 48. C. 3472. DOI: 10.1109/TPS.2020.3023799
24. Долголенко Д.А., Муромкин Ю.А. // УФН. 2009. Т. 179. С. 369. EDN: KHMNZR
25. Grossman M.W., Shepp T.A. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1991. T. 19. C. 1114. DOI: 10.1109/27.125034
26. Gueroult R., Zweben S.J., Fisch N.J., Rax J.-M. // Phys. Plasmas. 2019. T. 26. C. 43511. DOI: 10.1063/1.5083229 EDN: YMUPCB
27. Gueroult R., Rax J.-M., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2014. T. 21. C. 20701. DOI: 10.1063/1.4864325
28. Ohkawa T. and Miller R.L. // Phys. Plasmas. 2002. T. 9. C. 5116. DOI: 10.1063/1.1523930
29. Gilleland J., Agnew S., Cluggish B., Freeman R., Mil-ler R., Putvinski S., Sevier L., Umstadter K. // Proc. to Waste Management Conference, Tucson, USA, 2002.
30. Смирнов В.П., Самохин А.А., Ворона Н.А., Гаври-ков А.В. // Физика плазмы. 2013. Т. 39. С. 523. DOI: 10.7868/S0367292113050107 EDN: QAXNBB
31. Строкин Н.А., Бардаков В.М. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. С. 51. DOI: 10.1134/S0367292119010141 EDN: YVTVZR
32. Morozov A.I. Introduction to Plasma Dynamics. Boca Raton, USA: CRC Press, 2012.
33. Gueroult R., Rax J.-M., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2019. T. 26. C. 122106. DOI: 10.1063/1.5126083 EDN: XAQSUJ
34. Самохин А.А., Смирнов В.П., Гавриков А.В., Воро-на Н.А. // ЖТФ. 2016. Т. 86. С. 127. DOI: 10.1134/S1063784216020298 EDN: VPSSLB
35. Samokhin A., Gavrikov A., Kuzmichev S., Timirkha-nov R., Vorona N., Smirnov V., Usmanov R. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2019. T. 47. C. 1546. DOI: 10.1109/TPS.2019.2897146
36. Смирнов В.П., Гавриков А.В., Сидоров В.С., Тараканов В.П., Тимирханов Р.А., Кузьмичев С.Д., Усма-нов Р.А., Ворона Н.А. // Физика плазмы. 2018. Т. 55. С. 961. DOI: 10.1134/S0367292118120120 EDN: VMPIOH
37. Gavrikov A.V., Sidorov V.S., Smirnov V.P., Taraka-nov V.P. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. T. 1147 C. 012132. DOI: 10.1088/1742-6596/1147/1/012132
38. Smirnov V.S., Egorov R.O., Kislenko S.A., Antonov N.N., Smirnov V.P., Gavrikov A.V. // Phys. Plasmas. 2020. T. 27. C. 113503. DOI: 10.1063/5.0020001 EDN: QMYKFJ
39. Vorona N.A., Gavrikov A.V., Kuzmichev S.D., Lizia-kin G.D., Melnikov A.D., Murzaev Y.A., Smirnov V.P., Timirkhanov R.A., Usmanov R.A. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2019. T. 47. C. 1223. DOI: 10.1109/TPS.2018.2890341
40. Мельников А.Д., Усманов Р.А., Ворона Н.А., Гаври-ков А.В., Лизякин Г.Д., Смирнов В.П., Тимирха-нов Р.А. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9. С. 117. DOI: 10.1134/S2079562917060185 EDN: VROAUT
41. Melnikov A.D., Usmanov R.A., Gavrikov A.V., Lizia-kin G.D., Smirnov V.P., Timirkhanov R.A., Vorona N.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. T. 1147. C. 012131. DOI: 10.1088/1742-6596/1147/1/012131
42. Гавриков А.В., Ворона Н.А., Кузьмичев С.Д., Лизя-кин Г.Д., Тимирханов Р.А. // Вестник ОИВТ РАН. 2019. Т. 3. С. 10. DOI: 10.33849/2019202 EDN: YMSDFV
43. Liziakin G.D., Gavrikov A.V., Murzaev Y.A., Usma-nov R.A., Smirnov V.P. // Phys. Plasmas. 2016. T. 23. C. 123502. EDN: VPCDEI
44. Liziakin G., Gavrikov A., Usmanov R., Timirkhanov R., Smirnov V. // AIP Adv. 2017. T. 7. C. 125108. DOI: 10.1063/1.4998806 EDN: XXDRKH
45. Liziakin G., Gavrikov A., Smirnov V. // Plasma Sources Sci. Technol. 2020. T. 29. C. 15008. 10.1088 / 1361-6595 / ab5ad5. DOI: 10.1088/1361-6595/ab5ad5 EDN: HLEOPL
46. Liziakin G., Oiler A., Gavrikov A., Antonov N., Smir-nov V. // J. Plasma Phys. 2021. T. 87. C. 905870414. DOI: 10.1017/S0022377821000829 EDN: CKCJMR
47. Ворона Н.А., Гавриков А.В., Самохин А.А., Смир-нов В.П., Хомяков Ю.С. // Ядерная физика и инжиниринг. 2014. Т. 5. С. 944. DOI: 10.1134/S2079562914090176 EDN: UDFGIH
48. Полищук В.П., Усманов Р.А., Мельников А.Д., Ворона Н.А., Ярцев И.М., Амиров Р.Х., Гавриков А.В., Лизякин Г.Д., Самойлов И.С., Смирнов В.П., Анто-нов Н.Н. // ТВТ. 2020. Т. 58. С. 515. DOI: 10.31857/S0040364420040122 EDN: ERFFLX
49. Amirov R.K., Gavrikov A.V., Liziakin G.D., Poli-shchuk V.P., Samoylov I.S., Smirnov V.P., Usmanov R.A., Vorona N.A., Yartsev I.M. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2017. T. 45. C. 140. DOI: 10.1109/TPS.2016.2634627
50. Volkov L.S., Babaeva N.Y., Antonov N.N. // J. Phys. D. Appl. Phys. 2021. T. 54. C. 105202. DOI: 10.1088/1361-6463/abc715 EDN: CUXXHL
51. Амиров Р.Х., Ворона Н.А., Гавриков А.В., Лизя-кин Г.Д., Полищук В.П., Самойлов И.С., Смирнов В.П., Усманов Р.А., Ярцев И.М. // Ядерная физика и инжиниринг. 2014. Т. 5. С. 952. DOI: 10.1134/S2079562914090024 EDN: UDFGJL
52. Амиров Р.Х., Ворона Н.А., Гавриков А.В., Лизякин Г.Д., Полищук В.П., Самойлов И.С., Смирнов В.П., Усманов Р.А., Ярцев И.М. // Физика плазмы. 2015. Т. 41. С. 877. DOI: 10.7868/S0367292115100017 EDN: VIPYYR
53. Мельников А.Д., Усманов Р.А., Амиров Р.Х., Анто-нов Н.Н., Гавриков А.В., Лизякин Г.Д., Полищук В.П., Смирнов В.П. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 510. DOI: 10.31857/S0367292120060050 EDN: MBOLYN
54. Usmanov R.A., Amirov R.K., Gavrikov A.V., Lizia-kin G.D., Polistchook V.P., Samoylov I.S., Smirnov V.P., Vorona N.A., Yartsev I.M. // Phys. Plasmas. 2018. T. 25. C. 063524. DOI: 10.1063/1.5037674 EDN: VBIHBV
55. Usmanov R.A., Amirov R. K., Gavrikov A.V., Liziakin G.D., Melnikov A.D., Polistchook V.P., Samoylov I.S., Smir-nov V.P., Vorona N.A., Yartsev I.M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2020. T. 29. C. 015004. 10.1088 / 1361-6595 / ab5f33. DOI: 10.1088/1361-6595/ab5f33 EDN: SYRSZS
56. Антонов Н.Н., Ворона Н.А., Гавриков А.В., Само-хин А.А., Смирнов В.П. // ЖТФ. 2016. Т. 86 (2). С. 23. DOI: 10.1134/S1063784216020031 EDN: VPSRRB
57. Антонов Н.Н., Гавриков А.В., Самохин А.А., Смир-нов В.П. // Ядерная физика и инжиниринг. 2015. Т. 6. С. 601. DOI: 10.1134/S2079562915060020 EDN: XGWINH
58. Antonov N.N., Usmanov R.A., Gavrikov A.V., Smir-nov V.P. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. T. 1147. C. 12133. DOI: 10.1088/1742-6596/1147/1/012133
59. Antonov N., Liziakin G., Usmanov R., Gavrikov A., Voro-na N., Smirnov V. // Phys. Plasmas. 2018. T. 25. C. 123506. DOI: 10.1063/1.5050883 EDN: OXKEXD
60. Liziakin G., Antonov N., Usmanov R., Melnikov A., Timirkhanov R., Vorona N., Smirnov V.S., Oiler A., Kislenko S., Gavrikov A., Smirnov V.P. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2021. T. 63. C. 032002. DOI: 10.1088/1361-6587/abd25e EDN: HUHOMM
61. Liziakin G., Antonov N., Smirnov V.S., Timirkhanov R., Oiler A., Usmanov R., Melnikov A., Vorona N., Kislenko S., Gavrikov A., Smirnov V.P. // J. Phys. D. Appl. Phys. 2021. T. 54. C. 414005. DOI: 10.1088/1361-6463/ac128e EDN: TPKZVH
62. Liziakin G., Antonov N., Gavrikov A., Oiler A., Melni-kov A., Smirnov V., Timirkhanov R., Usmanov R., Vol-kov L., Vorona N. // Proc. Plasma Processing and Thechnology, Barcelona, Spain, 2022. C. 142.
63. Usmanov R., Antonov N., Gavrikov A., Liziakin G., Melnikov A., Oiler A., Smirnov V., Timirkhanov R., Vol-kov L., Vorona N. // Plasma Sci. Technol. 2022. T. 24. C. 085504. DOI: 10.1088/2058-6272/ac62a8
64. Акопов Ф.А., Боровкова Л.Б. // ТВТ. 2011. Т. 49. С. 893. DOI: 10.1134/S0018151X11060022 EDN: ONFVNX
65. Oiler A.P., Liziakin G.D., Gavrikov A.V., Smirnov V.P. // Molecules. 2022. T. 27. C. 6824. DOI: 10.3390/molecules27206824 EDN: FWRASI
Выпуск
Другие статьи выпуска
Выполнены численные расчеты нестационарной неравновесной функции распределения электронов в газе метане CH4, возбуждаемом источником высокоэнергичных электронов с начальной энергией 1 кэВ. Были учтены основные элементарные процессы взаимодействия электронов с молекулами метана. Вычислены доли потерь энергии электронов на ионизацию, диссоциацию и возбуждение различных уровней молекул, позволяющие определять скорости неупругих процессов взаимодействия электронов с молекулами метана CH4.
Получены трехмерные распределения скорости, температуры и давления в сверхзвуковом воздушном потоке при M = 2, а также плотности тока в инициируемом в нем разряде. Газовый разряд постоянного тока величиной 10 А рассматривался в гидродинамическом приближении в рамках канальной модели. Рассмотрена эволюция продольно-поперечного разряда в диапазоне времени t до 20 мкс. Показано, что разряд движется практически со скоростью основного сверхзвукового воздушного потока, достаточно слабо его возмущая. По полученным в расчетах характерным значениям плотности тока и температуры газа 8000–10000 К в разрядном канале сделаны оценки концентрации электронов ne ~ 1016 см–3. Оценена напряженность поля E ~ 125 В/см и приведенная напряженность поля в канале разряда E/N около 30 Тд. В конфигурации аэродинамической модели с укороченными электродами показан переход к закрепленной на их концах фазе разряда.
Сообщается об обнаружении противоречия, возникающего в решениях задач о профилях нелинейных продольных электростатических волн в плазме методом псевдопотенциала Сагдеева. Противоречие проявляется в неравенстве среднего за период значения концентрации частиц и заданной концентрации невозмущенной плазмы. Показано, что причина возникновения противоречия связана с весьма распространенной неточностью в постановке таких задач. Предложено корректировать постановку подобных задач и изменить интерпретацию получаемых этим методом решений, применив иные начальные условия: необходимо задавать вместо концентрации невозмущенной плазмы концентрацию частиц в точках, в которых потенциал φ принят равным нулю. С такими начальными условиями противоречие полностью снимается.
Исследовано поддержание СВЧ газового разряда стоячей поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) дипольной моды. Стоячая волна формировалась между двумя плоскими зеркалами, образующими структуру типа открытого резонатора на поверхностной волне. Измеренная добротность открытого резонатора составляет несколько десятков. Определена структура электрического поля свободного разряда и разряда, поддерживаемого полем стоячей поверхностной волны. Показано, что в этой системе возбуждение резонанса происходит на чисто поверхностной волне. При возрастании энергии поля между зеркалами на 8–10 дБ, концентрация электронов возрастает на ~50%. Оценено отношение энергии поля поверхностной волны в плазме и в окружающем разряд пространстве, как в случае свободного разряда, так и при резонансе. Эксперимент и численное моделирование показали, что структура разряда зависит от возбуждаемой моды стоячей ПЭВ.
Обсуждаются теоретические исследования волновых процессов во вращающейся астрофизической плазме. Особое внимание уделено новым теоретическим моделям астрофизической плазмы, таким как магнитогидродинамическое приближение мелкой воды и неупругое приближение наряду с часто применяемым приближением Буссинесска. Помимо традиционного приближения для силы Кориолиса обсуждаются эффекты, вызванные ее нетрадиционным представлением, учитывающим горизонтальную составляющую вращения. Подробно описаны линейные волны в такой плазме и обсуждаются их дисперсионные характеристики. Приведен обзор неустойчивостей в астрофизической плазме вследствие нелинейных эффектов.
Издательство
- Издательство
- ИОФ РАН
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, д. 38
- Юр. адрес
- 119991 ГСП-1, г. Москва, ул. Вавилова, д. 38
- ФИО
- Гарнов Сергей Владимирович (Директор)
- E-mail адрес
- office@gpi.ru
- Контактный телефон
- +7 (749) 9503873
- Сайт
- https://www.gpi.ru/