核束分離器中等離子體電磁控制機理研究.pdf

1、同位素已經(jīng)廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，而同位素分離是同位素生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。目前廣泛采用的同位素分離方法主要有氣體擴散法、氣體離心法、化學(xué)交換法等，由于這部分方法能耗高、分離效率低且環(huán)境污染嚴重已經(jīng)難以滿足對高純度、特殊同位素的需求。等離子體射流質(zhì)量分離是以霍爾推進器作為離子源，以等離子體作為工質(zhì)束流。等離子體射流質(zhì)量分離具有電流大、分離度高等優(yōu)點。所以等離子體射流質(zhì)量分離可以實現(xiàn)高純度、高生產(chǎn)率分離，該分離機理適用各種同位素的分離及高

2、純物質(zhì)的制備。本文主要研究等離子體射流質(zhì)量分離結(jié)構(gòu)設(shè)計及電磁場控制下粒子運動軌跡、聚焦位置等實現(xiàn)同位素分離的關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　單粒子軌道理論是分析等離子體最普遍的理論，所以利用單粒子軌道理論分析等離子體運動特性簡單、方便。為此本文采用單粒子軌道理論分析電磁場控制下的等離子體束流運動特性。本文依據(jù)離子在單粒子軌道下的運動方程，推導(dǎo)出軸對稱等離子體射流質(zhì)量分離中離子在縱截面、橫截面的運動方程、離子聚焦半徑表達式及質(zhì)量色散表達式。應(yīng)用

3、MATLAB數(shù)值模擬出離子在各聚焦平面上的運動，進而得出離子在正交電磁場中的運動軌跡和聚焦半徑的跟蹤軌跡。以235U、238U及6Li、7Li等同位素為例分析其運動軌跡，計算出相應(yīng)質(zhì)量色散。通過與傳統(tǒng)電磁同位素分離法中的質(zhì)量色散相比較后，證明了此方法理論上的可行性。本文還分析了非均勻電磁場對離子聚焦半徑及質(zhì)量色散的影響，為后續(xù)分析非線性電磁場下離子運動規(guī)律奠定基礎(chǔ)。
　　為實際設(shè)計出等離子體射流質(zhì)量分離模型，本文基于ANSYS有限