谢全新 丛艺坤 吴建军

(核工业理化工程研究院 天津 300180)

同位素分离级联的理论研究和设计通常以某种模型级联为基础。二元分离情况下的模型级联叫理想级联[1]，即在级汇合点无丰度混合损耗的级联。在多组分同位素分离理论中，模型级联称准理想级联[2–7]，实际上不能实现，但其中的一些基本物理规律可为实际级联的改善和优化提供重要参考。另外，与实际级联计算相比，模型级联计算有解析求解、算法简单的特点。

某些特殊的分离任务需借助附加供料级联，如核燃料循环中回收铀的再浓缩[8]及某些分离过程对轻杂质的净化[9]。本文建立带附加供料的准理想级联的数学模型，并分析研究回收铀再浓缩级联的有关特性。

1 多组分级联基本参量和准理想级联

级联是由多个分离级按一定方式联接而成，每个分离级由一定数量分离器并联。流量为L的供料流入分离级，其同位素组分丰度为Ci(i=1……m，m为同位素混合物的组分数)。从分离级流出流量 L′的浓缩流(或轻馏分)和流量L"的贫化流(或重馏分)，相应的组分丰度为和。

定义θ=L′/L为级分流比，这样L′、L"通过供料流L表达：

定义φi=Li′/Li为级的组分分流比：

其中，Li=LCi, Li′=L′Ci′, L"i=L"Ci"。

若分离过程中并无物质损耗，则分离级三股流及相应的组分流满足如下物质守恒方程：

且

如把第k组分作“关键”组分， 则i、k两组分在供料流、浓缩流和贫化流中的相对丰度 Rik、Rik′和Rik"，以及全分离系数 qik、浓化分离系数αik和贫化分离系数βik，可表示为：

通常相对全分离系数随级的供料丰度 Ci和分流比θ变化而变化，但对大部分基于分子动力学的分离方法，相对全分离系数基本不随上述参量改变，表示为：