Diffusive methods of isotope separation in plasma

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Studies of the separation of stable isotopes in plasma are reviewed with a focus on diffusive separation methods. The efficiency of enrichment processes is analyzed using a unified approach to the calculation of diffusive separation processes in a weakly ionized plasma. Various separation mechanisms are discussed, including centrifugal techniques, diffusive friction, thermal diffusion, and isotope cataphoresis. Results of calculations and experiments are compared. Various plasma separation devices are reviewed, and the values of specific energy consumption in different methods are compared. A conclusion is made that plasma separation methods, despite relatively high energy consumption, can be competitive in the case of elements that do not have volatile compounds under normal conditions, for which state-of-the-art centrifugal cascades cannot be used.

About the authors

Dmitry Anatolievich Dolgolenko

National Research Centre "Kurchatov Institute"

without scientific degree, no status

Evgeny Petrovich Potanin

National Research Centre "Kurchatov Institute"

Email: potanin45@yandex.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Senior Researcher

References

  1. Benedict M., Pigford T. H., Nuclear Chemical Engineering, McGraw-Hill, New York, 1957
  2. Sosnin L. J. et al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 334 (1993), 41
  3. АО ПО “Электрохимический завод”, г. Зеленогорск, Красноярский край, Россия
  4. Потанин Е. П., Соснин Л. Ю., Чельцов А. Н., Атомная энергия, 127:3 (2019), 140
  5. Кащеев Н. А., Дергачев В. А., Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ, Энергоатомиздат, М., 1989
  6. Демирханов Р. А. и др., 3-я Всесоюзная конф. по плазменным ускорителям, Тезисы докладов (Минск, 12-14 мая 1976 г.), Под ред. А. И. Морозова, Институт физики, Минск, 1976, 198
  7. Matsumura Y., Abe T., Jpn. Appl. Phys., 19 (1980), L457
  8. Bonnevier B., Ark. Fys., 33 (1966), 255
  9. Аскарьян Г. А., Намиот В. А., Рухадзе А. А., Письма в ЖТФ, 1 (1975), 820
  10. Dawson J. M. et al., Phys. Rev. Lett., 37 (1976), 1547
  11. Долголенко Д. А., Муромкин Ю. А., УФН, 179 (2009), 369
  12. Потанин Е. П., Инженерно-физический журн., 39 (1980), 811
  13. Потанин Е. П., ЖТФ, 53 (1983), 1717
  14. Потанин Е. П., ЖТФ, 54 (1984), 803
  15. Жданов В. М., Карчевский А. И., Потанин Е. П., Письма в ЖТФ, 4 (1978), 507
  16. Потанин Е. П., Препринт №4635/12, ИАЭ им. И.В. Курчатова, М., 1988
  17. Потанин Е. П., ЖТФ, 63:7 (1993), 28
  18. Потанин Е. П., Разделение изотопов в плазме стационарных дуговых и ВЧ-разрядов, Итоги науки и техники. Физика плазмы, 12, Под ред. А. И. Карчевского, ВИНИТИ, М., 1991
  19. Карчевский А. И. и др., 3-я Всесоюзная конф. по плазменным ускорителям, Тезисы докладов (Минск, 12-14 мая 1976 г.), Под ред. А. И. Морозова, Институт физики, Минск, 1976, 201
  20. Карчевский А. И. и др., Физика плазмы, 3 (1977), 409
  21. Chapman S., Cowling T. G., The Mathematical Theory of Non-uniform Gases; an Account of the Kinetic Theory of Viscosity, Thermal Conduction, and Diffusion in Gases, Univ. Press, Cambridge, 1952
  22. Розен А. М., Теория разделения изотопов в колоннах, Атомиздат, М., 1960
  23. Николаев Б. И. и др., Атомная энергия, 24 (1968), 485
  24. Смирнов Б. М., УФН, 92 (1967), 75
  25. Радциг А. А., Смирнов Б. М., Теплофизика высоких температур, 14 (1976), 686
  26. Карчевский А. И., Потанин Е. П., ЖТФ, 48 (1978), 2097
  27. Karchevsky A. I., Potanin E. P., J. Phys. Colloq., 7 (1979), C7–213
  28. Карчевский А. И., Потанин Е. П., ЖТФ, 50 (1980), 433
  29. Карчевский А. И., Потанин Е. П., Физика плазмы, 7 (1981), 318
  30. Горбунова Е. Ф. и др., Письма в ЖТФ, 4 (1978), 7161
  31. Карчевский А. И., Потанин Е. П., Физика плазмы, 8 (1982), 1781
  32. Karchevsky A. I., Potanin E. P., Proc. of the XV Intern. Conf. Phenomena in Ionized Gases (Minsk, USSR, July 14-18, 1981), v. 2, 1230
  33. Бабичев А. П. и др., Письма в ЖТФ, 5 (1979), 1149
  34. Горбунова Е. Ф., Карчевский А. И., Муромкин Ю. А., Физика плазмы, 12 (1986), 1087
  35. Gorbunuva E. F. et al., XVI Intern. Conf. Phenomena in Ionized Gases (Düsseldorf, Fed. Rep. of Germany, 29 August - 2 September), W. Botticher, H. Wenk, E Schultz-Gulde, Düsseldorf Univ. Inst. Theor. Phys., Düsseldorf, 1983, 492
  36. Ezoubtchenko A. et al., Plasma Sources Sci. Technol., 7 (1998), 136
  37. Карчевский А. И., Потанин Е. П., Физика плазмы, 8 (1982), 178
  38. Думан Е. Л. и др., Физика плазмы, 17 (1991), 216
  39. Gorbunuva E. F. et al., Isotope separation in the positive column of a direct current discharge, 1983
  40. Bonnevier B., Plasma Phys., 13 (1971), 763
  41. James B. M., Simpson S. W., Phys. Lett. A, 46 (1974), 347
  42. Cairns J. B. S., Uranium Isotope Separation Intern. Conf. (London, 1975), v. 9, British Nuclear Energy Society, London, 1975, 1
  43. Белорусов А. В. и др., Письма в ЖТФ, 2 (1976), 664
  44. Белорусов А. В. и др., Письма в ЖТФ, 6 (1980), 358
  45. Коробцев С. В. и др., ДАН СССР, 270 (1983), 876
  46. Коробцев С. В., Русанов В. Д., Плазменная центрифуга - плазмо-химический реактор нового типа. Обзор, ЦНИИатоминформ, М., 1988
  47. Fetterman A. J., Fisch N. J., Phys. Plasmas, 18 (2011), 094503
  48. Белорусов А. В., Карчевский А. И., Потанин Е. П., Устинов А. Л., ЖТФ, 50 (1980), 450
  49. Nathrath N., Proc. of the 13th Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases (Berlin, GDR, September 12-17, 1977), Physical Society of the GDR, Leipzig, 1977, 697
  50. Бабарицкий А. И. и др., Физика плазмы, 4 (1978), 842
  51. Иванов А. А., Лейман В. Г., Физика плазмы, 4 (1978), 668
  52. Иванов А. А., Лейман В. Г., Физика плазмы, 9 (1983), 786
  53. Geva M., Krishnan M., Hirshfield J. L., J. Appl. Phys., 56 (1984), 1398
  54. Ikehata T. et al., 12th Intern. Conf. on Electromagnetic Isotope Separators and Techniques Related to their Applications (September 2-6, 1991, CYRIC, Japan)
  55. Del Bosco E., Dallaqua R. S., Simpson S. W., Fifth Workshop on Separation Phenomena in Liquids and Gases, SPLG (Brasil, 22-26 September 1996), 26
  56. Курко О. В., Михайловский А. Б., Препринт №3619/6, ИАЭ им. И.В. Курчатова, М., 1982
  57. Карчевский А. И., Потанин Е. П., Сазыкин А. А., Физика плазмы, 5 (1979), 1355
  58. Донской К. В., Дробышевский Э. М., Назаров Е. В., ЖТФ, 33 (1963), 1328
  59. Жданов В. М., Карчевский А. И., Потанин Е. П., Устинов А. Л., ЖТФ, 49 (1979), 1879
  60. Потанин Е. П., Физика плазмы, 9 (1983), 1322
  61. Karchevsky A. I., Potanin E. P., XVII Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases (Budapest, 8-12 July 1985), v. 1, 20
  62. Карчевский А. И. и др., Физика плазмы, 8 (1982), 306
  63. Потанин Е. П., Устинов А. Л., Физика плазмы, 10 (1984), 1040
  64. Лесков Л. В. и др., 3-я Всесоюзная конф. по плазменным ускорителям, Тезисы докладов (Минск, 12-14 мая 1976 г), Под ред. А. И. Морозова, Институт физики, Минск, 1976, 216
  65. Потанин Е. П., Карчевский А. И., Устинов А. Л., ЖТФ, 48 (1978), 472
  66. Белорусов А. В. и др., Физика плазмы, 5 (1979), 1239
  67. Borisevich V., Potanin E., Whichello J. V., IEEE Trans. Plasma Sci., 48 (2020), 3472
  68. Демирханов Р. А. и др., 3-я Всесоюзная конф. по плазменным ускорителям, Тезисы докладов (Минск, 12-14 мая 1976 г.), Под ред. А. И. Морозова, Институт физики, Минск, 1976, 197
  69. Аверин В. Г. и др., ЖТФ, 48 (1978), 66
  70. Borisevich V. D., Potanin E. P., Phys. Scr., 92 (2017), 075601
  71. Borisevich V. D., Potanin E. P., Whichello J. V., Phys. Plasmas, 25 (2018), 113503
  72. Борисевич В. Д., Потанин Е. П., Письма в ЖТФ, 45:1 (2019), 8
  73. Борисевич В. Д., Потанин Е. П., ЖТФ, 88 (2018), 791
  74. Borisevich V. D., Potanin E. P., Whichello J. V., Sep. Sci. Technol., 55 (2020), 1829
  75. Whichello J. V., Borisevich V. D., Potanin E. P., J. Appl. Phys., 130 (2021), 045106
  76. Borisevich V. D., Potanin E. P., Whichello J. V., Sep. Sci. Technol., 56 (2021), 2141
  77. Долголенко Д. А., Муромкин Ю. А., УФН, 187 (2017), 1071
  78. Litvak A. et al., Proc. of the 30th European Physical Society Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics (St. Petersburg, Russia, 7-11 July 2003), v. 27, ECA, London, 2003, O1.6A
  79. Горшунов Н. М., Потанин Е. П., Атомная энергия, 124 (2018), 164
  80. Горшунов Н. М., Потанин Е. П., ЖТФ, 90 (2020), 482
  81. Горшунов Н. М., Потанин Е. П., Физика плазмы, 46 (2020), 110
  82. Liziakin G. D. et al., J. Phys. D, 54 (2021), 414005
  83. Потанин Е. П., Дисс. … докт. физ.-мат. наук, Ин-т атомной энергии им. И.В. Курчатова, М., 1997
  84. Баранов В. Ю. (Ред.), “Электромагнитный и плазменный метод”, Изотопы: свойства, получение, применение, Гл. 6, ИздАТ, М., 2000, 237
  85. Кабанов И. А., Перспективные материалы, 10:Специальный выпуск (2011), 86

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).