Unidad de trabajo de división

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La unidad de trabajo de separación (SWU ) es una unidad de trabajo para separar isótopos . Para un determinado cambio en la composición isotópica de una determinada mezcla, se requiere la misma cantidad de SWU, independientemente de la tecnología de separación de isótopos . [1] [2]

El SWU mide los costos necesarios para producir sustancias con un cambio dado en la composición isotópica. [3] La unidad de trabajo de separación también caracteriza bien la capacidad del equipo de separación de isótopos. [cuatro]

Para diferentes tecnologías de separación de isótopos, los costos reales de los recursos pueden variar mucho. Por ejemplo, la tecnología de difusión de gas requiere 2500 kWh de electricidad por unidad de separación. Las centrífugas de gas usan 50 kWh para el mismo trabajo. [5] [6]

Cálculo

Es posible estimar los costos de SWU para separar el trabajo mediante la fórmula: [2] [1]

$EPP=M_{1}\cdot V(\alpha _{1})+M_{2}\cdot V(\alpha _{2})-M_{0}\cdot V(\alpha _{0} })$

Aquí:

$V(\alpha )=(2\alpha -1)\cdot \ln {\alpha \over {1-\alpha }}$ es la función de potencial de separación.
$\alpha ={M^{235} \sobre M^{238}+M^{235}}$ es el grado de enriquecimiento de la mezcla isotópica. En consecuencia, para mezclas a la entrada de la instalación ( ) ya la salida ( y ). y son las masas de isótopos en una mezcla particular. $\alpha _{0}$ $\alpha_{1}$ $\alpha_2$ ${\ estilo de visualización M ^ {235}}$ ${\ estilo de visualización M ^ {238}}$
$M_{0}$ , y son las masas de mezclas a la entrada de la instalación (índice 0) ya la salida (índices 1 y 2). $M_{1}$ $M_{2}$

Según la fórmula, el trabajo de separación tiene la dimensión de la cantidad de sustancia. Se acuerda que 1 SWU = 1 kg, por lo tanto, en ocasiones la característica del poder de separación del equipo se indica en unidades de masa. Sin embargo, no existe una masa física que corresponda a una unidad de SWU.

Ejemplo de cálculo

Sea necesario obtener M 1 = 1 kg de uranio enriquecido. El contenido de uranio en la materia prima es α 0 = 0,71 %, en uranio enriquecido - α 1 = 90 %, en desechos - α 2 = 0,2 %. Encuentre la masa requerida de materias primas M 0 , la masa de desechos M 2 y la cantidad de trabajo para separar el SWU.

La masa de materias primas M 0 y la masa de residuos M 2 se encuentran a partir del sistema de ecuaciones lineales

$M_{0}\alpha _{0}-M_{2}\alpha _{2}=M_{1}\alpha _{1};$
$M_{0}(1-\alpha _{0})-M_{2}(1-\alpha _{2})=M_{1}(1-\alpha _{1}).$

Obtenemos

$M_{0}=176{,}078;M_{2}=175{,}078.$

Funciones potenciales de separación:

$V(\alpha _{0})=(1-2\cdot 0{,}0071)\cdot \ln {{1-0{,}0071} \over 0{,}0071}=4{ ,}870;$
$V(\alpha _{1})=(1-2\cdot 0{,}9)\cdot \ln {{1-0{,}9} \over 0{,}9}=1{ ,}758;$
$V(\alpha _{2})=(1-2\cdot 0{,}002)\cdot \ln {{1-0{,}002} \over 0{,}002}=6{ ,}188.$

Entonces el trabajo de separación será

$EPP=1\cdot 1{,}758+175{,}078\cdot 6{,}188-176{,}078\cdot 4{,}870=227{,}532.$

Enriquecimiento de uranio

El uranio natural contiene un 0,72 % del isótopo 235 U. Cuando el uranio se enriquece en el isótopo 235 U , se suministra uranio natural a la planta, obteniéndose a la salida dos corrientes: uranio enriquecido y uranio empobrecido (los denominados vertederos). Costos típicos para obtener 1 kg de uranio enriquecido: [2] [5]

Para un enriquecimiento hasta el 3,6% con vertederos del 0,2% se requieren 6,7 kg de uranio natural y 5,7 SWU.
Para un enriquecimiento hasta el 3,6% con vertederos del 0,3% se requieren 8,2 kg de uranio natural y 4,5 SWU.
Para un enriquecimiento hasta el 90% con vertederos del 0,2% se requieren 176 kg de uranio natural y 228 SWU.
Para un enriquecimiento hasta el 90% con vertederos del 0,3% se requieren 219 kg de uranio natural y 193 SWU.

Cuanto menos isótopo deseado se va al vertedero, menos materia prima se requiere, pero mayor es el costo de SWU.

Calculadoras en línea

Hay calculadoras en línea disponibles para cuantificar el proceso de enriquecimiento de uranio. [7] [8]

Poder divisorio

La unidad de trabajo de separación caracteriza bien las capacidades del equipo de separación de isótopos: un equipo específico realiza el mismo trabajo de separación de isótopos en un tiempo determinado. Estas capacidades del equipo se denominan potencia separadora (capacidad separadora). Se miden en unidades derivadas de SWU/año, que caracterizan la cantidad de trabajo de separación que el equipo es capaz de realizar en un año. [2] [1]

Dado que la unidad de trabajo de separación tiene la dimensión de un kilogramo, las capacidades de las plantas a veces se expresan en unidades de masa: kilogramos o toneladas por año.

Capacidad mundial de separación de isótopos

Capacidad de la planta de separación de isótopos de uranio en miles de SWU por año según WNA Market Report .

País	empresa, fábrica	2012	2013	2015	2018	2020
Rusia	Rosatom	25000	26000	26578	28215	28663
Alemania, Holanda, Inglaterra	URENCO	12800	14200	14400	18600	14900
Francia	orano	2500	5500	7000	7500	7500
Porcelana	CNNC	1500	2200	4220	6750	10700+
EE.UU	URENCO	2000	3500	4700	?	4700
Pakistán, Brasil, Irán, India, Argentina		100	75	100	?	170
Japón	JNFL	150	75	75	?	75
EE.UU	USEC : Paducah y Piketon	5000	0	0	0	0
	Total	49000	51550	57073	61111	66700

Precios SWU

En las décadas de 1990 y 2000, hasta 2006, los precios al contado fluctuaron alrededor de 100 USD por SWU para el enriquecimiento de uranio. [9] Luego, el precio comenzó a subir y en 2009 alcanzó un máximo de 160 USD. Desde 2011, el precio ha ido cayendo gradualmente, superando la marca de 40 USD para 2018.

Notas

↑ 1 2 3 Separación de isótopos
↑ 1 2 3 4 Copia archivada . Consultado el 24 de junio de 2013. Archivado desde el original el 19 de junio de 2018. (indefinido)
↑ Unidad - trabajo - división - Gran Enciclopedia de Petróleo y Gas, artículo . Consultado el 23 de junio de 2013. Archivado desde el original el 26 de octubre de 2014. (indefinido)
↑ OPORTUNIDADES DE MERCADO PARA EL ENRIQUECIMIENTO DE URANIO . Consultado el 10 de enero de 2014. Archivado desde el original el 10 de enero de 2014. (indefinido)
↑ 12 Enriquecimiento de uranio | Enriquecimiento de uranio . Archivado desde el original el 28 de junio de 2013. (indefinido)
↑ Enriquecimiento de uranio: datos para un debate significativo sobre proliferación nuclear y energía atómica Archivado el 21 de enero de 2022 en Wayback Machine // IEER | Energía y Seguridad N° 31
↑ Calculadora URENCO SWU . Consultado el 22 de enero de 2020. Archivado desde el original el 7 de octubre de 2019. (indefinido)
↑ Calculadora de costo y cantidad de combustible UxC . Consultado el 22 de enero de 2020. Archivado desde el original el 16 de diciembre de 2019. (indefinido)
↑ Precio al contado Ux SWU . Consultado el 24 de agosto de 2018. Archivado desde el original el 25 de agosto de 2018. (indefinido)

Enlaces

Descripción Unidad de Trabajo Separativo // Proyecto de Información Nuclear, FAS
3.3 Capacidad de separación de la planta de enriquecimiento // RADIOQUÍMICA (curso de lectura) - Universidad Estatal de Moscú, 2006