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    2022年 第35卷 第1期    刊出日期:2022-02-20
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    稳定同位素分离专栏
    基于径向平均法的离心机过渡过程的丰度方程
    曾实
    2022, 35(1):  1-7.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0001
    摘要 ( )   PDF (656KB) ( )  
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    分析气体离心机动态过程中的分离情况需要描述动态过程物质输运的丰度方程。为避免大量数值计算,方程最好简单且能够反映关键的分离过程。基于径向平均法,从非平衡态物质输运方程推导描述离心机过渡过程中丰度轴向分布的微分方程。应用变密度等温刚体模型和单纯轴向流假设,对丰度方程进一步简化和分析。简化方程解决了由变密度等温刚体模型引入的各组分弥散质量源汇问题,从而使丰度方程能够被求解。
    多供取料的Q模型级联的数学描述
    曾实
    2022, 35(1):  8-15.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0008
    摘要 ( )   PDF (616KB) ( )  
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    同位素分离中可能需要具有多个供料和取料的级联,以满足复杂的分离需求,取得更好的分离效果。对多供取料级联的分析,比传统三股流级联的分析复杂得多。获得多供取料下的级联数学描述,能够减少分析中的困难。本文针对多分段的连续流量的Q模型级联,在多供取料情况下,给出了描述级联的流量和同位素组分丰度在级联中分布的解析表达式,讨论了方程的求解和级联优化的原则。
    同位素丰度对硅晶格常数的影响
    张小章, 周明胜
    2022, 35(1):  16-20.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0016
    摘要 ( )   PDF (538KB) ( )  
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    本文简述了同位素纯硅材料在新领域中的应用,并回顾早期关于稳定同位素硅-28(28Si)的获得和进行的一些相关实验。针对在计量单位-千克的重新建立过程中,利用硅-28精确测量阿伏伽德罗常数的问题,本文根据相关理论和文献,推导了同位素丰度与晶格常数的关系,并据此估算了硅同位素丰度需要达到的要求。
    以乙醇为介质气体扩散法分离碳同位素的可行性研究
    李俊杰, 潘建雄, 周明胜, 姜东君, 王飞
    2022, 35(1):  21-26.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0021
    摘要 ( )   PDF (577KB) ( )  
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    碳-13作为同位素示踪技术的标记物,应用广泛,市场需求呈上升趋势。为探索碳-13同位素的分离方法,开展以乙醇为介质的气体扩散分离实验,并在单级实验的基础上进行级联计算。单级分离实验的结果表明,在现有的实验条件下,气体扩散法分离乙醇的基本全分离系数可达1.008 9,以乙醇为介质扩散分离碳同位素可行。通过级联计算可知,以天然乙醇为原料,结合分离的可行性和经济性,经过一次矩形级联或相对丰度匹配级联分离,能够得到碳-13同位素丰度大于25%的重组分。如能将碳-13同位素丰度大于25%的乙醇转化为合适形态的碳化合物,可再进一步分离得到更高丰度的碳-13同位素。
    质谱法测量碳同位素丰度在气体扩散法分离乙醇中的应用
    王飞, 潘建雄, 周明胜, 姜东君, 李俊杰
    2022, 35(1):  27-32.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0027
    摘要 ( )   PDF (615KB) ( )  
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    乙醇是扩散分离碳同位素的一种可行的介质,为得到气体扩散法分离乙醇的分离系数,开展元素分析同位素比质谱法(EA-IRMS)测量乙醇中碳同位素丰度在气体扩散分离实验中的应用研究。通过文献调研,本研究优化了乙醇样品的制备流程,发展了EA-IRMS用于乙醇碳同位素丰度测定的方法,进行了稳定性测试,实现了对乙醇样品碳同位素丰度的测量。基于气体扩散法的分离实验,获取多次分离实验中精料乙醇和贫料乙醇的碳同位素丰度,经公式推导可计算得到乙醇扩散分离碳同位素的基本全分离系数。本研究为未来开展以乙醇为介质扩散分离碳同位素实验提供了分析基础。
    气体扩散法生产硼-10同位素的经济性分析
    王彦博, 孙旺, 潘建雄, 周明胜
    2022, 35(1):  33-39.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0033
    摘要 ( )   PDF (823KB) ( )  
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    10B同位素在中子屏蔽和探测中有重要的作用,目前大规模生产硼同位素的方法主要是化学交换精馏法。随着10B市场需求的增加,在国产化取代进口的背景趋势下,探索硼同位素分离方法的优化和创新有重要意义。本研究分析了气体扩散法用于10B同位素分离的经济性,并根据市场实际情况估算产品成本。首先分析以BF3为介质的单级扩散分离效应并估算级联规模,接着从设备投资及生产运行成本两方面进行硼同位素生产的经济性分析,并结合实际情况具体分析气体扩散法生产60%和96%丰度10B同位素产品的成本以及影响因素。通过经济性分析发现,采用BF3扩散分离生产10B同位素的成本与市场价格接近且存在一定优化空间。本研究扩展和丰富了硼同位素分离方法,并证明了扩散法生产10B同位素在经济性方面存在潜力。
    多组分同位素分离级联设计方法研究
    丛艺坤
    2022, 35(1):  40-44.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0040
    摘要 ( )   PDF (543KB) ( )  
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    针对长期稳定生产的同位素,在不考虑产业链技术革新的前提下,级联的利用率是直接影响同位素成本的关键。因此可以通过合理的级联分离及结构设计,提高级联利用率,降低同位素成本。在多组分同位素分离中,没有理想级联的概念,暂无通用化的设计方法,为此以准理想级联设计结合规模级联的圆整化思路,开展多组分同位素分离级联设计方法研究。研究结果表明,设计级联的利用率相较于通用性较强的矩形级联可提高约20%的生产能力,分离成本大幅下降,该设计方法可用于长期稳定生产的多组分同位素分离级联的设计。
    低温喷嘴装置内流场的数值模拟研究
    顾志勇, 樊旭
    2022, 35(1):  45-53.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0045
    摘要 ( )   PDF (4486KB) ( )  
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    激光抑制凝聚法(CRISLA)是目前极具工业应用潜力的激光同位素分离(LIS)方法。在应用激光抑制凝聚法分离S同位素时,需要借助低温喷嘴装置获得低温过饱和SF6气体,因此该方法的实际分离性能和优化除与激光参数相关外,还依赖于低温喷嘴装置内的流动状态,为了研究低温喷嘴装置结构和设计参数对分离性能的影响规律,优化分离性能,需要对低温喷嘴装置内的流场进行相关研究。利用计算流体动力学(CFD)方法,能够实现对低温喷嘴装置内流场的数值模拟,得到喷嘴内外的流动参数特别是温度分布。通过流场模拟的结果,验证了喷嘴设计方案,并从流体角度解释了基本分离原理。
    离心分离设备出料口堵塞对级联的影响研究
    豆丹丹
    2022, 35(1):  54-60.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0054
    摘要 ( )   PDF (1218KB) ( )  
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    贫化64Zn可有效降低核电站一回路中放射性强度。目前离心分离是制备贫化64Zn的重要方法。在离心分离锌的过程中,级联易出现单机堵塞情况,进而影响级联稳定运行和产品丰度。针对实际级联运行过程出现的分离设备取料口堵塞变单股流的情况,建立不同流量、不同基本全分离系数的级联数学模型,基于推导的计算方程,模拟不同级出现不同数量机器堵塞的情况,并利用准线性化的方法进行求解。模拟算例的计算结果表明,分离设备取料口堵塞会降低级联稳定性,导致流量出现15%的波动,同时目标组分贫化丰度也由0.500 4%波动至0.931 5%。本研究结果有助于指导实际级联的设计与运行。
    波纹管对气体离心机流场影响的数值研究
    安明, 路昕, 曾实
    2022, 35(1):  61-66.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0061
    摘要 ( )   PDF (1086KB) ( )  
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    波纹管是超临界气体离心机的核心部件,可改变转子流场的空间结构。为了研究波纹管对气体离心机流场的影响,在单向关联水力学模型和Iguassu离心机模型基础上,在交错网格上离散二维N-S方程组,并使用同伦算法和牛顿迭代法求解,对包含内、外波纹管的流场分别进行数值模拟。结果表明,外波纹管对环流几乎没有影响,但在不改变贫取料压强的情况下,为避免UF6气体发生冷凝,其允许径向凹陷深度很小。而内波纹管会对环流产生阻碍作用,导致分离性能下降,其径向凸起高度是影响分离性能的主要因素;在贫取料压强一定的情况下,径向凸起高度越大,分流比越低,分离性能越低。在设计含内波纹管的超临界气体离心机的过程中,应选择合适的内波纹管径向凸起高度,既要尽量减少分离功率的损失,又要保证能够在安全工况下达到合适的分流比。
    科技前沿快报
    针对新冠肺炎的放射性治疗药物研究
    罗志福, 樊彩云, 李凤林, 陈宝军, 刘子华, 解清华
    2022, 35(1):  67-69.  DOI: 10.7538/tws.2022.35.01.0067
    摘要 ( )   PDF (510KB) ( )  
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    基于核技术在现代医学中有十分广泛的应用,本工作提出用放射性药物治疗新型冠状病毒肺炎或其他冠状病毒引发疾病的颠覆性创新思路。围绕该思路进行了可行性分析、理论计算和实验工作,完成了目标药物分子的设计和制备;进行了其与新冠病毒刺突蛋白受体结合域(RBD)的亲和力以及和新冠病毒假病毒粒子的结合评价;进行了放射性药物分子的制备、在正常小鼠体内的生物分布和急性毒性实验,取得了阶段性研究成果。进一步工作将全面评价放射性药物分子用于治疗新冠肺炎的安全性和有效性,力争为应对突发传染病重大疫情提供核技术新方法。
    嫦娥五号月壤中子活化分析研究
    姚永刚, 肖才锦, 王平生, 孙凯, 鲍杰, 焦学胜, 郭冰, 张永保, 彭旦, 张亚东, 李春来, 周琴, 陈东风
    2022, 35(1):  70-74.  DOI: 10.7538/tws.2021.youxian.102
    摘要 ( )   PDF (836KB) ( )  
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    我国嫦娥五号从月球风暴洋东北部、人类此前从未去过的月球中纬度地区(51.916°W, 43.058°N)采集回了新的月壤样品,弥补了40多年前美国和苏联采样区域有限的不足,拓展了月壤样品的代表性,具有重要的科研价值。中子活化分析具有高灵敏、多元素、非破坏等优点,基于中国原子能科学研究院49-2泳池堆和微型中子源反应堆,利用仪器中子活化分析方法对嫦娥五号月球表面铲取样品开展元素分析研究,使用实验室专用活化分析软件ADVNAA进行元素定量分析,获得嫦娥五号月壤样品中39种主量和微量元素信息,并与1978年美国赠送给中国的礼物Apollo-17样品数据进行对比。实验过程采用中子活化分析单比较器k0法和相对法对月壤样品元素进行定量,多种有证标准物质(如GBW07105、GBW07727、GBW07896、SRM2703、GSP2等)与嫦娥五号月壤样品一起分析,分析结果在不确定度范围内一致,确保了嫦娥五号月壤样品分析结果的准确性和可靠性。