Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66876610.31857/S0367292124050059PWKILFДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦResearch ArticleIncreasing the efficiency of plasma mass separation by optimizing the electric potentialПовышение эффективности плазменной масс-сепарации за счет оптимизации электрического потенциалаOilerA. P.ОйлерА. П.
Russian Federation
andrey_oiler@jiht.ruUsmanovR. A.УсмановР. А.
Russian Federation
andrey_oiler@jiht.ruAntonovN. N.АнтоновН. Н.
Russian Federation
andrey_oiler@jiht.ruGavrikovA. V.ГавриковА. В.
Russian Federation
andrey_oiler@jiht.ruSmirnovV. P.СмирновВ. П.
Russian Federation
andrey_oiler@jiht.ruJoint Institute for High Temperatures, Russian Academy of SciencesОбъединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ)Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)0512202450556357127022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668766

The effect of the spatial distribution of electric potential on the separating properties of the plasma mass separator that operates in a configuration with crossed radial electric and longitudinal magnetic fields is studied. The single-particle approximation is used to obtain analytical expressions that connect the electric potential distribution and the angular mass spectrum. A mathematical algorithm is described that allows one to recover the distribution of electric potential from the given shape of the mass spectrum. It is shown that the local inhomogeneity of the electric potential profile allows one to achieve the deposition of mass groups in the diametrically opposite regions of the separator. Data is presented that confirms the possibility of creating experimentally both the positive and the negative local inhomogeneity of the potential. The results of this work can be used to increase the efficiency of the process of plasma mass separation of ions of different elements.

Рассматривается влияние пространственного распределения электрического потенциала на разделяющие свойства плазменного масс-сепаратора, работающего в конфигурации скрещенных радиального электрического и продольного магнитного полей. В рамках одночастичного приближения были получены аналитические выражения, связывающие распределение электрического потенциала и угловой масс-спектр. Описан математический алгоритм, при помощи которого можно восстановить распределение электрического потенциала по заданной форме масс-спектра. Показано, что локальная неоднородность формы электрического потенциала позволяет добиться осаждения массовых групп в диаметрально противоположных областях сепаратора. Приведены данные, подтверждающие возможность создания в эксперименте как положительной, так и отрицательной локальной неоднородности потенциала. Результаты работы могут быть использованы для повышения эффективности процесса плазменной масс-сепарации ионов различных элементов.

electric potential distribution in plasmamass separation of ions of heavy metalscrossed electric and magnetic fieldsраспределение электрического потенциала в плазмемасс-сепарация ионов тяжелых металловскрещенные электрическое и магнитное поляСтратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века. Основные положения. Одобрена Правительством РФ 25.05.2000 г. М.: Минатом России, 2000.Jang J., Kim T., Kim G.-Y., D., Lee S. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 520. P. 245. Doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.04.024Volkovich V.A., Maltsev D.S., Soldatova M.N., Ryzhov A.A., Ivanov A.B. // Metals (Basel). 2021. V. 11. № 4. P. 550. Doi.org/10.3390/met11040550Williamson M.A., Willit J.L. // Nucl. Eng. Technol. 2011. V. 43. P. 329. Doi.org/10.5516/NET.2011.43.4.329Dolgolenko D.A., and Muromkin Yu.A. // Phys.-Usp.+. 2009. V. 179. P. 369, Doi.org/10.3367/UFNe.0179.200904c.0369Zweben S.J., Gueroult R., Fisch N.J. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. № 9. Doi.org/10.1063/1.5042845Martynenko Yu.V. // Phys.-Usp.+. 2009. V. 179. P. 1354. doi.org/10.3367/UFNe.0179.200912n.1354Zhang Y., Su R., Chen X., Ren C., Lv Y., Mo D., Liu M., Yan S. // J. Radioanal Nucl. Ch. 2019. V. 322. P. 1657–1662. Doi.org/10.1007/s10967-019-06745-wOhkawa T., Miller R.L. // Phys. Plasmas. 2002. V. 9. P. 5116. Doi.org/10.1063/1.1523930Liziakin G., Antonov N., Smirnov V.S., Timirkhanov R., Oiler A., Usmanov R., Melnikov A., Vorona N., Kislenko S., Gavrikov A., Smirnov V.P. // J. Phys. D Appl. Phys. 2021. V. 54. Doi.org/10.1088/1361-6463/ac128eSmirnov V.P., Samokhin A.A., Vorona N.A., Gavrikov A. V. // Plasma Phys. Reports. 2013. V. 39. P. 456. Doi.org/10.1134/S1063780X13050103Bardakov V.M., Ivanov S.D., Strokin N.A. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. № 3. Doi.org/10.1063/1.4846898Gueroult R., Rax J.-M., Fisch N J // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. № 2. Doi.org/10.1063/1.4864325Trotabas B., Gueroult R. // Plasma Sources Sci. T. 2022. V. 31. № 2. Doi.org/10.1088/1361-6595/ac4847Liziakin G., Oiler A., Gavrikov A., Antonov N., Smirnov V. // J. Plasma Phys. 2021. V. 87. № 4. Doi.org/10.1017/S0022377821000829Jin S., Poulos M.J., Van Compernolle B., Morales G. J. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. № 2. Doi.org/10.1063/1.5063597Volosov V.I., Pekker M.S. // Nuclear Fusion. 1981. V. 21. №. 10. P. 1275. Doi:10.1088/0029-5515/21/10/006Morozov A.I. Introduction to plasma dynamics. CRC Press, 2012.Liziakin G.D., Antonov N.N., Vorona N.A., Gavrikov A.V., Kislenko S. A., Kuzmichev S.D., Melnikov A.D., Oiler A.P., Smirnov V.P., Timirkhanov R.A., Usmanov R.A. // Plasma Phys. Reports. 2022. V. 48. P. 1251–60. Doi.org/S1063780X22601912Liziakin G., Antonov N., Usmanov R., Melnikov A., Timirkhanov R., Vorona N., Smirnov V. S., Oiler A., Kislenko S., Gavrikov A., Smirnov V. P. // Plasma Phys. Control. Fus. 2021. V. 63. №. 3. Doi.org/10.1088/1361-6587/abd25eSamokhin A.A., Liziakin G.D., Gavrikov A.V., Usmanov R.A., Smirnov V.P. // Journal of Physics: Conference Series. 2016. V. 774. № 1. Doi.org/10.1088/1742-6596/774/1/012198Oiler A.P., Liziakin G.D., Gavrikov A.V., Smirnov V. P. // Molecules. 2022. V. 27. P. 6824. Doi.org/10.3390/molecules27206824Brillouin L. // Phys. Rev. 1945. V. 67. P. 260. Doi.org/10.1103/PhysRev.67.260Bracewell R. // The Fourier transform and its application, 3rd ed. 2000. Singapore: McGrow-Hill Book Co-Singapore, ISBN 0-07-303938-1Gueroult R., Rax J.-M., Fisch N.J.// Phys. Plasmas. 2019. V. 26. № 12. Doi.org/10.1063/1.5126083Sheehan J.P., Hershkowitz N.// Plasma Sources Sci. T. 2011. V. 20. № 6. Doi.org/10.1088/0963-0252/20/6/063001Murzaev Y., Liziakin G., Gavrikov A., Timirkhanov R., Smirnov V. // Plasma Sci. Technol. 2019. V. 21. № 4, Doi.org/10.1088/2058-6272/aaf250