Formación de clústeres moleculares en procesos MLIS

P. MACEIRA; E. CORTIZO; P. D. FAINSTEIN; J. FIOL; D. FREGENAL; J. D. FUHR; F.T. GUOZDEN; E. KAUL; P. KNOUBLAUCH; G. ROZAS; M. ZARCO

Buenos Aires

Conferencia; 39º Reunión Anual de la Asociación Argentina de Tecnología Nuclear; 2013

En los procesos MLIS (Molecular Laser Isotope Separation), moléculas de hexafluoruro de uranio gaseoso (UF6) son selectivamente excitadas con un láser infrarrojo, para posteriormente separarse de las moléculas no excitadas mediante diferentes métodos. Para ello es necesario enfriar considerablemente el gas para estrechar las líneas de absorción hasta el punto de desdoblar las de los isótopos del uranio. Para evitar la condensación se recurre a la expansión adiabática que se obtiene en una tobera supersónica, donde el UF6 diluido en un gas de arrastre (carrier) es sobreenfriado hasta la temperatura necesaria. Sin embargo, la condensación no es totalmente evitada y pequeños clústeres entre las moléculas de UF6 comienzan a formarse en algún punto de la expansión. Éste es uno de los principales inconvenientes del proceso MLIS, ya que la formación de estos clústeres modifica la frecuencia de las líneas de absorción de las moléculas involucradas, a la vez que aumenta la temperatura debido al calor latente de condensación liberado.Un entendimiento de la dinámica de formación de los clústeres es, por lo tanto, importante para hallar las condiciones óptimas para el proceso de separación. Desafortunadamente, la teoría clásica de nucleación no es adecuada en este caso, ya que se basa en parámetros macroscópicos y es válida sólo para describir la formación de grandes aglomerados. Se presenta entonces, en este trabajo, un modelo más adecuado para la formación de pequeños clústeres, que se basa principalmente en un mecanismo de crecimiento paso a paso mediante colisiones entre moléculas, seguidas de colisiones estabilizantes con el gas de arrastre. La efectividad del crecimiento se calcula mediante una relación entre las frecuencias de dichas colisiones y las probabilidades de formación, de estabilización y de disociación. La probabilidad de disociación de los clústeres es calculada mediante la teoría RRK (Rice-Ramsperger-Kassel), y para ello es necesario incluir detalladamente la transferencia de energía involucrada en cada uno de los mecanismos.Los cálculos realizados permiten describir la evolución de los clústeres de distinto tamaño, hallando su distribución en distintas partes de la tobera como función de los parámetros macroscópicos, tales como presión y temperatura. Se simula también la clusterización de SF6, para los cuales existen resultados experimentales con qué comparar.