核素等離子體束流電磁分離技術(shù)的研究.pdf

1、質(zhì)量分離是核素生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，分離技術(shù)的先進(jìn)與否直接關(guān)系到核素的生產(chǎn)與應(yīng)用。而采用穩(wěn)態(tài)等離子體推進(jìn)器，結(jié)合電磁法與等離子體法各自優(yōu)點(diǎn)的等離子體束流質(zhì)量分離法是目前最高效、最有前景的分離方法之一。本文在總結(jié)分析了等離子體束流質(zhì)量分離器工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究適用于等離子體束流質(zhì)量分離的不同電磁場(chǎng)位形下的束流軌跡模型及分離參數(shù)，為分離裝置的研制奠定理論基礎(chǔ)。
　　首先，基于單粒子軌道法建立周向儀磁場(chǎng)中離子運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行均勻

2、磁場(chǎng)和非均勻磁場(chǎng)下周向儀簡(jiǎn)化空間內(nèi)的粒子分析，比較兩種磁場(chǎng)下粒子分布密度、空間內(nèi)部感應(yīng)電場(chǎng)分布，確定非均勻磁場(chǎng)中的質(zhì)量分離效果。根據(jù)介質(zhì)在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下具有各向異性的規(guī)律，研究霍爾電流存在時(shí)磁場(chǎng)的振蕩衰減特性，揭示出磁場(chǎng)振蕩衰減規(guī)律。結(jié)合周向儀中離子運(yùn)動(dòng)機(jī)理和磁場(chǎng)振蕩衰減特性建立周向儀粒子模型，采用粒子模擬方法考察均勻磁場(chǎng)中等離子體束流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，描繪出空間粒子密度、感應(yīng)電位等分布特性，由此分析周向儀結(jié)構(gòu)缺陷給質(zhì)量分離帶來(lái)的不利現(xiàn)象。提出

3、了周向儀結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，重新分析空間粒子密度分布及感應(yīng)電位分布，計(jì)算結(jié)果表明改進(jìn)后的周向儀消除了原有缺陷，有利于質(zhì)量分離的順利進(jìn)行。
　　其次，建立了周向儀磁場(chǎng)中離子運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)學(xué)模型，得出分離區(qū)電場(chǎng)中束流的勢(shì)能方程，利用勢(shì)能曲線研究電場(chǎng)中單能束流聚焦時(shí)的重疊現(xiàn)象，給出聚焦環(huán)不重疊條件的確定方法。進(jìn)一步確定出非單能束流聚焦時(shí)保證其有效分離的羽流發(fā)散角條件。通過(guò)研究電場(chǎng)中Li離子束流在不同羽流角、不同能量時(shí)的軌跡，分析給出保證有效分離的

4、羽流角及能量范圍。同時(shí)分析了分離區(qū)電場(chǎng)中等離子體束流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)均勻恒定電場(chǎng)與畸變電場(chǎng)下離子束流軌跡的對(duì)比，揭示出分離區(qū)空間中鞘層對(duì)分離效果的影響。
　　再次，分離區(qū)只含有電場(chǎng)的情況一定程度上可滿足理論研究的需要，而磁場(chǎng)中多質(zhì)量束流的分離具有優(yōu)勢(shì)，在眾多的質(zhì)量分離領(lǐng)域占有重要的地位。基于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)機(jī)理重點(diǎn)分析非均勻磁場(chǎng)中束流沿徑向和軸向分別噴入時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，建立離子運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型。重點(diǎn)研究離子軌跡上的徑向位置參

5、數(shù)及質(zhì)量色散強(qiáng)度。在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度、離子質(zhì)量前提下分析非均勻磁場(chǎng)和均勻磁場(chǎng)下不同入射速度、不同入射能量時(shí)的離子軌跡，進(jìn)而給出質(zhì)量色散強(qiáng)度，比較分析兩種磁場(chǎng)下束流質(zhì)量分離效果。分析不同入射速度、速度波動(dòng)及不同羽流角對(duì)Li離子軌跡的影響，通過(guò)軌跡圖分析及質(zhì)量色散的比較給出保證束流有效分離的條件。
　　最后，單純研究電場(chǎng)中或磁場(chǎng)中粒子軌跡及質(zhì)量色散強(qiáng)度，雖滿足質(zhì)量分離的要求。但無(wú)法給出多種位形電磁場(chǎng)中粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的普遍規(guī)律，且無(wú)法全面得