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.
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.[4][5] Рыночная стоимость ЕРР около 130 долларов США.[6]
Расчет
Оценить затраты ЕРР на разделительную работу можно по формуле:[2][1]
<math> EPP = M_1 * V(\alpha_1) + M_2 * V(\alpha_2) - M_0 * V(\alpha_0) </math>
Здесь:
- <math> V(\alpha) = ( 1 - 2\alpha ) * \ln {{1 - \alpha} \over \alpha} </math> — функция потенциала разделения.
- <math> \alpha = {M^{235} \over M^{238} + M^{235}} </math> — степень обогащения изотопной смеси. Соответственно, для смесей на входе установки (<math>\alpha_0</math>) и на выходе (<math>\alpha_1</math> и <math>\alpha_2</math>). <math>M^{235}</math> и <math>M^{238}</math> — массы изотопов в составе конкретной смеси.
- <math>M_0</math>, <math>M_1</math> и <math>M_2</math> — 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. Тем не менее, нет никакой физической массы, соответствующей единице ЕРР.
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][4]
- 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 [www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/ WNA Market Report] с прогнозом развития.
| страна | Компания, Завод | 2012 | 2013 | 2015 | 2020 |
|---|---|---|---|---|---|
| Россия | ОАО ТВЭЛ (TENEX) | 25000 | 26000 | 26578 | 28663 |
| Германия, Голландия, Англия, | URENCO: Gronau (Германия), Almelo (Голландия), Capenhurst (Англия) | 12800 | 14200 | 14400 | 14900 |
| Франция | Areva: Georges Besse I и II | 2500 | 5500 | 7000 | 7500 |
| Китай | CNNC, Hanzhun & Lanzhou | 1500 | 2200 | 4220 | 7520 |
| США | URENCO: New Mexico | 2000 | 3500 | 4700 | 4700 |
| Пакистан, Бразилия, Иран, Индия, Аргентина | Разные | 100 | 75 | 100 | 170 |
| Япония | JNFL, Rokkaasho | 150 | 75 | 75 | 75 |
| США | USEC: Paducah & Piketon | 5000 | 0 | 0 | 0 |
| США | Areva: Idaho Falls | 0 | 0 | 0 | 0 |
| США | Global Laser Enrichment | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Суммарное | 49000 | 51550 | 57073 | 63526 |
Примечания
- ↑ 1 2 3 [portal.tpu.ru:7777/departments/otdel/publish/izdaniya_razrabotanye_v_ramkah_IOP/Tab1/metod_obespechh_obor_zac.pdf Разделение изотопов]
- ↑ 1 2 3 4 profbeckman.narod.ru/RH0.files/22_3.pdf
- ↑ [www.ngpedia.ru/id15160p1.html Единица — работа — разделение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья]. [www.webcitation.org/6HiwjMkhn Архивировано из первоисточника 29 июня 2013].
- ↑ 1 2 [www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/#.Ucb62Nide_I Uranium Enrichment | Enrichment of uranium]. [www.webcitation.org/6HiwkDo4n Архивировано из первоисточника 29 июня 2013].
- ↑ [www.ieer.org/ensec/no-31/no31russ/uenrich.html Обогащение урана: факты к содержательной дискуссии о ядерном распространении и атомной энергии] // IEER | Энергетика и Безопасность № 31
- ↑ [scienceandglobalsecurity.org/ru/archive/sgsr17rothwell.pdf ВОЗМОЖНОСТИ РЫНКА ПО ОБОГАЩЕНИЮ УРАНА]
Ссылки
- [www.fas.org/programs/ssp/nukes/effects/swu.html Description of Separative Work Unit] // Nuclear Information Project, FAS
- [profbeckman.narod.ru/RH0.files/22_3.pdf 3.3 Разделительная способность обогатительного завода] // [profbeckman.narod.ru/RH0.htm РАДИОХИМИЯ (Курс лекций)] - МГУ, 2006
