Pemusing gas

Sentrifugal gas adalah perangkat yang melakukan pemisahan isotop gas. Sentrifugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yang mempercepat molekul sehingga partikel dengan massa berbeda dipisahkan secara fisik dalam gradien sepanjang radius wadah yang berputar.

Penggunaan utama sentrifugal gas adalah untuk pemisahan uranium-235 (²³⁵U) dari uranium-238 (²³⁸U). Sentrifugal gas dikembangkan untuk menggantikan metode difusi gas dalam ekstraksi ²³⁵U. Tingkat pemisahan yang tinggi dari isotop-isotop ini bergantung pada penggunaan banyak sentrifugal individu yang disusun secara seri untuk mencapai konsentrasi yang semakin tinggi. Proses ini menghasilkan konsentrasi ²³⁵U yang lebih tinggi dengan menggunakan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan proses difusi gas.

Disarankan pada tahun 1919, proses sentrifugal pertama kali berhasil dilakukan pada tahun 1934. Ilmuwan Amerika Jesse Beams dan timnya di University of Virginia mengembangkan proses ini dengan memisahkan dua isotop klorin melalui ultrasentrifugal vakum. Ini adalah salah satu metode pemisahan isotop awal yang dikejar selama Proyek Manhattan, terutama oleh Harold Urey dan Karl P. Cohen, tetapi penelitian dihentikan pada tahun 1944 karena dianggap metode ini tidak akan menghasilkan hasil sebelum perang berakhir, dan metode lain seperti difusi gas dan pemisahan elektromagnetik dianggap memiliki peluang sukses yang lebih besar dalam jangka pendek. Metode ini berhasil digunakan dalam program nuklir Soviet, menjadikan Uni Soviet sebagai pemasok uranium yang diperkaya paling efektif. Franz Simon, Rudolf Peierls, Klaus Fuchs, dan Nicholas Kurti memberikan kontribusi penting dalam proses sentrifugal.

Paul Dirac memberikan kontribusi teoretis penting pada proses sentrifugal selama Perang Dunia II;^[1][2] Dirac mengembangkan teori dasar proses pemisahan yang mendasari desain dan analisis fasilitas pengayaan uranium modern.^[3] Dalam jangka panjang, terutama dengan pengembangan sentrifugal tipe Zippe, sentrifugal gas menjadi metode pemisahan yang sangat ekonomis, menggunakan energi jauh lebih sedikit dibandingkan metode lain dan memiliki banyak keunggulan lainnya.

Penelitian tentang kinerja fisik sentrifugal dilakukan oleh ilmuwan Pakistan Abdul Qadeer Khan pada tahun 1970-an hingga 1980-an, menggunakan metode vakum untuk memajukan peran sentrifugal dalam pengembangan bahan bakar nuklir untuk bom atom Pakistan.^[4] Banyak teoretikus yang bekerja dengan Khan meragukan bahwa uranium yang diperaya atau gas dapat dihasilkan tepat waktu.^[5] Salah satu ilmuwan mengenang: "Tidak ada di dunia ini yang menggunakan metode [sentrifugal gas] untuk menghasilkan uranium kelas militer.... Ini tidak akan berhasil. Dia hanya membuang waktu."^[5] Meskipun ada skeptisisme, program ini terbukti layak dengan cepat. Pengayaan melalui sentrifugal telah digunakan dalam fisika eksperimental, dan metode ini diselundupkan ke setidaknya tiga negara berbeda pada akhir abad ke-20.^[4][5]

Sentrifugal bergantung pada gaya yang dihasilkan dari akselerasi sentrifugal untuk memisahkan molekul berdasarkan massa mereka dan dapat diterapkan pada sebagian besar fluida.^[6][7] Molekul yang lebih berat (lebih padat) bergerak menuju dinding, sedangkan yang lebih ringan tetap berada di dekat pusat. Sentrifugal terdiri dari rotor badan kaku yang berputar pada periode penuh dengan kecepatan tinggi.^[8] Tabung gas konsentris yang terletak pada sumbu rotor digunakan untuk memasukkan gas umpan ke dalam rotor dan mengekstrak aliran yang lebih berat dan lebih ringan yang telah dipisahkan.^[8] Untuk produksi ²³⁵U, aliran yang lebih berat adalah aliran limbah, dan aliran yang lebih ringan adalah aliran produk. Sentrifugal tipe Zippe modern berbentuk silinder tinggi yang berputar pada sumbu vertikal. Gradien suhu vertikal dapat diterapkan untuk menciptakan sirkulasi konvektif yang naik di tengah dan turun di pinggiran sentrifugal. Aliran berlawanan seperti itu juga dapat dirangsang secara mekanis oleh sekop yang mengeluarkan fraksi yang diperkaya dan yang telah dikurangi. Difusi antara aliran yang berlawanan ini meningkatkan pemisahan berdasarkan prinsip multiplikasi aliran berlawanan.

Dalam praktiknya, karena ada batasan seberapa tinggi sebuah sentrifugal tunggal dapat dibuat, beberapa sentrifugal tersebut dihubungkan secara seri. Setiap sentrifugal menerima satu saluran masukan dan menghasilkan dua saluran keluaran, yang sesuai dengan fraksi ringan dan berat. Masukan setiap sentrifugal adalah aliran produk dari sentrifugal sebelumnya. Ini menghasilkan fraksi ringan yang hampir murni dari aliran produk sentrifugal terakhir dan fraksi berat yang hampir murni dari aliran limbah sentrifugal pertama.

1. ^ Olander, Donald R. (1978). "Sentrifugal Gas". Scientific American. 239 (2): 37–43. Bibcode:1978SciAm.239b..37O. doi:10.1038/scientificamerican0878-37. ISSN 0036-8733. JSTOR 24960352.
2. ^ Kemp, R. Scott (2009-06-26). "Teori dan Pengembangan Sentrifugal Gas: Tinjauan Program A.S." Science & Global Security (dalam bahasa Inggris). 17 (1): 1–19. Bibcode:2009S&GS...17....1K. doi:10.1080/08929880802335816. ISSN 0892-9882.
3. ^ Gilinsky, Victor (2010). "Kenangan tentang Dirac". Physics Today. 63 (5): 59. Bibcode:2010PhT....63e..59G. doi:10.1063/1.3431338.
4. ^ ^{a b} Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama third
5. ^ ^{a b c} Brigadier-General (retired) Feroz Hassan Khan (7 November 2012). "Menguasai Pengayaan Uranium" (google book). Eating grass: the making of the Pakistani bomb. Stanford, California: Stanford University Press. hlm. 151. ISBN 978-0804776011. Diakses tanggal 8 Januari 2013.
6. ^ Dasar-dasar Sentrifugal - Cole Parmer
7. ^ "Rincian untuk nomor IEV 395-08-07: "proses sentrifugal"". International Electrotechnical Vocabulary (dalam bahasa Jepang). Diakses tanggal 2025-09-11.
8. ^ ^{a b} Khan, Abdul Qadeer; Atta, M. A.; Mirza, J. A. (1 September 1986). "Getaran Akibat Aliran pada Rakitan Tabung Gas Sentrifugal". Journal of Nuclear Science and Technology. 23 (9): 819–827. Bibcode:1986JNST...23..819A. doi:10.1080/18811248.1986.9735059.