Единица работы разделения
Единица работы разделения (ЕРР, англ. Separative work unit, SWU) — единица работы по разделению изотопов. Для определенного изменения изотопного состава определенной смеси требуется одинаковое количество ЕРР, независимо от технологии разделения изотопов.[1][2]
В ЕРР измеряют необходимые затраты для получения веществ с заданным изменением изотопного состава.[3] Единица работы разделения также хорошо характеризует возможности оборудования по разделению изотопов.[4]
Для разных технологий разделения изотопов реальные затраты ресурсов могут сильно отличаться. Например, газодиффузионная технология требует 2500 кВт*ч электроэнергии на единицу разделения. Газовые центрифуги тратят 50 кВт*ч на ту же работу.[5][6]
Расчет
Оценить затраты ЕРР на разделительную работу можно по формуле:[2][1]
Здесь:
- — функция потенциала разделения.
- — степень обогащения изотопной смеси. Соответственно, для смесей на входе установки () и на выходе ( и ). и — массы изотопов в составе конкретной смеси.
- , и — массы смесей на входе установки (индекс 0) и на выходе (индексы 1 и 2).
Согласно формуле, работа разделения имеет размерность количества вещества. Принято соглашение что 1 ЕРР = 1 кг, поэтому иногда характеристика разделительной мощности оборудования указывается в единицах массы. Тем не менее, нет никакой физической массы, соответствующей единице ЕРР.
Пример расчёта
Пусть необходимо получить M1 = 1 кг обогащённого урана. Содержание урана в исходном сырье составляет α0 = 0,71%, в обогащённом уране — α1 = 90%, в отходах — α2 = 0,2%. Найти необходимую массу сырья M0, массу отходов M2 и количество работы по разделению ЕРР.
Массу сырья M0 и массу отходов M2 находим из системы линейных уравнений
Получаем
Функции потенциала разделения:
Тогда работа по разделению составит
Обогащение урана
В природном уране содержится 0,72 % изотопа 235U. При обогащении урана по изотопу 235U на завод поступает природный уран, а на выходе получают два потока: обогащенный уран и обедненный уран (т. н. отвалы). Типовые затраты на получение 1 кг обогащенного урана:[2][5]
- Для обогащения до 3,6 % с отвалами 0,2 % требуется 6,7 кг природного урана и 5,7 ЕРР.
- Для обогащения до 3,6 % с отвалами 0,3 % требуется 8,2 кг природного урана и 4,5 ЕРР.
- Для обогащения до 90 % с отвалами 0,2 % требуется 176 кг природного урана и 228 ЕРР.
- Для обогащения до 90 % с отвалами 0,3 % требуется 219 кг природного урана и 193 ЕРР.
Чем меньше нужного изотопа уходит в отвал, тем меньше требуется исходного сырья, но тем больше затраты ЕРР.
Разделительная мощность
Единица работы разделения хорошо характеризует возможности оборудования по разделению изотопов: конкретное оборудование за определенное время совершает одну и ту же работу по разделению изотопов. Эти возможности оборудования называют разделительной мощностью (разделительной способностью). Их измеряют в производных единицах ЕРР/год, которые характеризуют количество работы разделения, которое оборудование способно совершить за год.[2][1]
Поскольку единица работы разделения имеет размерность килограмм, то и мощности заводов иногда выражают в единицах массы: килограммах или тоннах за год.
Мировые мощности по разделению изотопов
Мощности заводов по разделению изотопов урана в тысячах ЕРР в год согласно WNA Market Report.
Страна | Компания, завод | 2012 | 2013 | 2015 | 2018 | 2020 |
---|---|---|---|---|---|---|
Россия | Росатом | 25000 | 26000 | 26578 | 28215 | 28663 |
Германия, Голландия, Англия | URENCO | 12800 | 14200 | 14400 | 18600 | 14900 |
Франция | Orano | 2500 | 5500 | 7000 | 7500 | 7500 |
Китай | CNNC | 1500 | 2200 | 4220 | 6750 | 10700+ |
США | URENCO | 2000 | 3500 | 4700 | ? | 4700 |
Пакистан, Бразилия, Иран, Индия, Аргентина | 100 | 75 | 100 | ? | 170 | |
Япония | JNFL | 150 | 75 | 75 | ? | 75 |
США | USEC: Paducah & Piketon | 5000 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Суммарное | 49000 | 51550 | 57073 | 61111 | 66700 |
Примечания
- Разделение изотопов
- http://profbeckman.narod.ru/RH0.files/22_3.pdf
- Единица — работа — разделение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья .
- ВОЗМОЖНОСТИ РЫНКА ПО ОБОГАЩЕНИЮ УРАНА
- Uranium Enrichment | Enrichment of uranium . Архивировано 28 июня 2013 года.
- Обогащение урана: факты к содержательной дискуссии о ядерном распространении и атомной энергии // IEER | Энергетика и Безопасность № 31
- URENCO SWU Calculator
- UxC Fuel Quantity & Cost Calculator
- Spot Ux SWU Price
Ссылки
- Description of Separative Work Unit // Nuclear Information Project, FAS
- 3.3 Разделительная способность обогатительного завода // РАДИОХИМИЯ (Курс лекций) — МГУ, 2006