15:16 10 April 2020
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    Forscher der russischen Nationalen Universität für Kernforschung MЕPhI haben erstmals in der Welt eine Formel bestimmt, die die Trennungsfähigkeit der Durchfluss-Zentrifuge für eine Zwei-Komponenten-Mischung beschreibt, was die Effizienz neuer Anlagen fördern kann, wie der MEPhI-Pressedienst der Nachrichtenagentur RIA Novosti mitteilte.

    Die Führungsrolle Russlands bei der Produktion von niedrig angereichertem Uran für Atomkraftwerke stützt sich auf Technologien, deren Entwicklung noch Mitte des 20. Jahrhunderts begann. Die moderne Methode zur Urananreicherung in Gaszentrifugen erfordert etwa 50 Mal weniger Energie als die frühere Gasdiffusions-Methode.

    Derzeit ist das russische Brennstoffuran wesentlich billiger als das amerikanische. Um aber die eigenen Führungspositionen zu verteidigen, müssten die Technologien ständig vervollkommnet werden, meinen die Wissenschaftler.

    Der Gaszentrifugen-Urananreicherung liegt die Trennung von Uranisotopen in starken Fliehkraftfeldern zugrunde. Für die Wissenschaftler ist es wichtig, die Abhängigkeit der optimalen Trennungsfähigkeit von den Parametern der Zentrifuge und des darin verwendeten Gases zu bestimmen. Mit anderen Worten, die Experten müssen verstehen, wie sich die Effizienz der Trennung der Isotopenmischung bei der Änderung der Einstellungen der Zentrifuge ändern wird: der Drehzahl ihres Rotors, seiner Länge, seines Durchmessers usw.

    Russland Industrie- und Handelsminister Denis Manturow
    © Sputnik / Vladimir Fedorenko

    Die Mitarbeiter des Lehrstuhls für Molekularphysik an der MEPhI haben eine Formel erstellt, die die Trennungsfähigkeit der Zentrifuge beschreibt, die nach verschiedenen Parametern optimiert wurde. Es geht um ein vereinfachtes Modell, nämlich um eine Zentrifuge mit einfachem geradlinigem Gasdurchfluss (das Gas fließt in die Zentrifuge von einer Seite ein und an der anderen Seite wieder aus).

    Bisher verfügten Wissenschaftler nur über in den Medien veröffentlichte experimentelle Daten, die für etwa 0,5 Meter große russische Gegenstrom-Zentrifugen galten. Sie konnten aber keine theoretische Begründung für die Ergebnisse der bekannten Experimente finden. Mehr noch — diese Ergebnisse widersprachen oft der Theorie.

    Die ermittelte Formel für die einfache Durchfluss-Zentrifuge beliebiger Länge und beliebiger Zwei-Komponenten-Mischung helfe den Experten zu verstehen, welche Maßnahmen erforderlich sind, um die Effizienz der zu entwickelnden Anlage maximal zu erhöhen, sagte Professor Sergej Bogowalow vom Lehrstuhl für Molekularphysik an der MEPhI.

    Die neue Formel ist ihm zufolge für die Reinigung des Erdgases von Beimischungen in Fliehkraftfeldern beim Durchfluss eines großen Gasvolumens anwendbar. Die Ergebnisse der Forschungen wurden im Fachmagazin „Nuclear Engineering and Technology“ veröffentlicht.

    „Uns ist jetzt klar, warum die Trennungsfähigkeit wie die Geschwindigkeit im Quadrat, nicht aber im Biquadrat wächst, was aus einfachen Überlegungen folgt. Die Formel zeigt uns, wie die Konstruktion zu beeinflussen ist, damit diese Abhängigkeit geändert werden kann“, so der Professor.

    Er betonte, dass die Formel bis auf den Koeffizienten genau mit den in den Medien veröffentlichten Testergebnissen für Gegenstrom-Zentrifugen vereinbar sei.

    „Und das ist am erstaunlichsten, weil der Charakter des Gasstroms in der Durchfluss- und der Gegenstrom-Zentrifuge grundsätzlich unterschiedlich ist. Warum die Formel mit den Testergebnissen so genau übereinstimmt, muss noch herausgefunden werden. Zudem sind wir vorerst nicht ganz sicher, ob diese Formel universal ist. Mit dieser Frage beschäftigen wir uns derzeit auch“, so Sergej Bogowalow.

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    Tags:
    Zentrifugalkraft, Energie, Atomkraftwerk, Uran, Nationale Universität für Nuklearforschung (MEPhi), Russland