Одиниця роботи розділення
Одини́ця робо́ти розді́лення (ОРР, англ. Separative work unit, SWU) — одиниця роботи з розділення ізотопів. Для певної зміни ізотопного складу певної суміші потрібна однакова кількість ОРР, незалежно від технології розділення ізотопів[1][2].
В ОРР вимірюють витрати, необхідні для отримання речовин із заданою зміною ізотопного складу.[3] Одиниця роботи розділення також добре характеризує можливості обладнання щодо розділення ізотопів[4].
Для різних технологій розділення ізотопів реальні витрати ресурсів можуть дуже відрізнятися. Наприклад, газодифузійна технологія вимагає 2500 кВтгод електроенергії на одиницю розділення, а газові центрифуги витрачають на ту ж роботу 50 кВтгод[5][6].
Розрахунок
Оцінити витрати ЕРР на роботу з розділення можна за формулою:[2][1]
Тут:
- — функція потенціалу розділення.
- — ступінь збагачення ізотопної суміші. Відповідно, для сумішей на вході установки () і на виході ( і ). і — маси ізотопів у складі конкретної суміші.
- , і — маси сумішей на вході установки (індекс 0) і на виході (індекси 1 і 2).
За формулою, робота поділу має розмірність кількості речовини. Прийнято домовленість, що 1 ОРР = 1 кг, тому іноді розділювальну потужність обладнання зазначають в одиницях маси. Проте, немає ніякої фізичної маси, відповідної ОРР.
Приклад розрахунку
Нехай потрібно отримати M1 = 1 кг збагаченого урану. Вміст урану у початковій сировині становить α0 = 0,71 %, у збагаченому урані — α1 = 90 %, у відходах — α2 = 0,2 %. Знайти необхідну масу сировини M0, масу відходів M2 і кількість роботи з поділу ОРР.
Масу сировини M0 і масу відходів M2 знаходимо зі системи лінійних рівнянь
Отримуємо
Функції потенціалу розділення:
Тоді робота з розділення становитиме
Збагачення урану
У природному урані міститься 0,72 % ізотопу 235U. Для збагачення урану за ізотопом 235U на завод надходить природний уран, а на виході отримують два потоки: збагачений уран і збіднений уран (так звані відвали). Типові витрати на отримання 1 кг збагаченого урану:[2][5]
- Для збагачення до 3,6 % з відвалами 0,2 % потрібно 6,7 кг природного урану і 5,7 ОРР.
- Для збагачення до 3,6 % з відвалами 0,3 % потрібно 8,2 кг природного урану і 4,5 ОРР.
- Для збагачення до 90 % з відвалами 0,2 % потрібно 176 кг природного урану і 228 ОРР.
- Для збагачення до 90 % з відвалами 0,3 % потрібно 219 кг природного урану і 193 ОРР.
Чим менше потрібного ізотопу йде у відвал, тим менше потрібно початкової сировини, але тим більшими є витрати ОРР.
Роздільна потужність
Одиниця роботи поділу добре характеризує можливості обладнання з розділення ізотопів: конкретне обладнання за певний час здійснює одну і ту ж роботу з розділення ізотопів. Ці можливості обладнання називають роздільною потужністю (роздільною здатністю). Їх вимірюють у похідних одиницях ОРР/рік, які характеризують кількість роботи розділення, яку обладнання здатне виконати за рік[2][1].
Оскільки одиниця роботи поділу має розмірність кілограм, то й потужності заводів іноді виражають в одиницях маси: кілограмах або тоннах за рік.
Світові потужності з розділення ізотопів
Потужності заводів із розділення ізотопів урану в тисячах ОРР на рік згідно з WNA Market Report.
Країна | Компанія, завод | 2012 | 2013 | 2015 | 2018 | 2020 |
---|---|---|---|---|---|---|
Росія | Росатом | 25000 | 26000 | 26578 | 28215 | 28663 |
Німеччина, Голландія, Англія | URENCO | 12800 | 14200 | 14400 | 18600 | 14900 |
Франція | Orano | 2500 | 5500 | 7000 | 7500 | 7500 |
Китай | CNNC | 1500 | 2200 | 4220 | 6750 | 10700+ |
США | URENCO | 2000 | 3500 | 4700 | ? | 4700 |
Пакистан, Бразилія, Іран, Індія, Аргентина | 100 | 75 | 100 | ? | 170 | |
Японія | JNFL | 150 | 75 | 75 | ? | 75 |
США | USEC: Paducah & Piketon | 5000 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Разом | 49000 | 51550 | 57073 | 61111 | 66700 |
Примітки
- 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. Архів оригіналу за 28 червня 2013.
- 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
Посилання
- Description of Separative Work Unit // Nuclear Information Project, FAS (англ.)
- 3.3 Разделительная способность обогатительного завода // РАДИОХИМИЯ (Курс лекций) — МГУ, 2006 (рос.)