Математична модель та чисельне моделювання процесу плазмової переробки радіоактивних відходів

Abstract

Розглядається технологія плазмової переробки радіоактивних відходів (РАВ) як перспективний метод вирішення екологічних проблем, пов'язаних з їх утилізацією. Представлено основні принципи роботи плазмової технології, яка використовує високотемпературну плазму для переробки РАВ. Описано процес, при якому органічні сполуки розкладаються на газоподібні компоненти, а неорганічні речовини переходять у склоподібний шлак. Проаналізовано переваги методу, включаючи значне зменшення об'єму відходів (до 90%), екологічну безпеку та можливість утилізації енергії. Розглянуто основні недоліки технології, такі як технологічна складність та висока енергоємність процесу. Представлено математичну модель фізико-хімічних процесів у плазмовому реакторі, що базується на рівняннях Нав'є-Стокса та системі рівнянь Максвелла. Описано механізми розкладу радіоактивних сполук та кінетику процесів у плазмовому реакторі. Наведено результати чисельного моделювання, які демонструють ефективність процесу плазмової переробки РАВ. Представлено оптимальні режимні параметри роботи установки та їх вплив на продуктивність процесу. Проаналізовано енергетичні характеристики та масовий баланс процесу. The technology of plasma processing of radioactive waste as a promising method for addressing environmental issues related to its disposal is examined. The fundamental principles of plasma technology are presented, utilizing high-temperature plasma for the treatment of radioactive waste. The process is described, in which organic compounds decompose into gaseous components, while inorganic substances transform into a vitrified slag. The advantages of the method are analyzed, including a significant reduction in waste volume (up to 90%), environmental safety, and the potential for energy utilization. The main drawbacks of the technology, such as technological complexity and high energy consumption, are considered. A mathematical model of the physicochemical processes in a plasma reactor is presented, based on the Navier-Stokes equations and the Maxwell equation system. The mechanisms of radioactive compound decomposition and the kinetics of the processes in the plasma reactor are described. The results of numerical modeling are provided, demonstrating the efficiency of the plasma processing process. Optimal operating parameters of the system and their impact on process productivity are presented. The energy characteristics and mass balance of the process are analyzed.