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.

Онлайн калькуляторы

Для количественной оценки процесса обогащения урана доступны онлайн-калькуляторы.[7][8]

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.

СтранаКомпания, завод 20122013201520182020
РоссияРосатом 2500026000265782821528663
Германия, Голландия, АнглияURENCO 1280014200144001860014900
ФранцияOrano 25005500700075007500
КитайCNNC 150022004220675010700+
СШАURENCO 200035004700 ?4700
Пакистан, Бразилия, Иран, Индия, Аргентина 10075100 ?170
ЯпонияJNFL 1507575 ?75
СШАUSEC: Paducah & Piketon 50000000
Суммарное 4900051550570736111166700

Цены на ЕРР

В 90-х и нулевых, вплоть до 2006-го года, спотовые цены колебались в районе 100 USD за ЕРР при обогащении урана.[9] Затем цена начала рост и к 2009 году достигла пика в 160 USD. С 2011 года цена плавно падала, пробив к 2018 году отметку 40 USD.

Примечания

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.