Unidades de trabajo separativas

El trabajo de separación (la cantidad de separación realizada por un proceso de enriquecimiento) es función de las concentraciones de la materia prima, la producción enriquecida y los relaves empobrecidos; y se expresa en unidades calculadas de manera que sean proporcionales al insumo total (energía/tiempo de funcionamiento de la máquina) y a la masa procesada.

La misma cantidad de trabajo de separación requerirá diferentes cantidades de energía dependiendo de la eficiencia de la tecnología de separación. El trabajo de separación se mide en unidades de trabajo de separación SWU, kg SW o kg UTA (del alemán Urantrennarbeit – literalmente trabajo de separación de uranio ).

• 1 SWU = 1 kg SW = 1 kg UTA
• 1 kSWU = 1 tSW = 1 t UTA
• 1 MSWU = 1 ktSW = 1 kt UTA

La unidad de trabajo separativo no es una unidad de energía, pero sirve como medida de los servicios de enriquecimiento . A principios de la década de 2020, el coste de 1 SWU era de aproximadamente 100 dólares. ^[1] La unidad fue introducida por Paul Dirac en 1941. ^[2]

Definición

El trabajo necesario para separar una masa de alimentación de ensayo en una masa de producto de ensayo y colas de masa y ensayo viene dado por la expresión: ^[3] ${\displaystyle W_{\mathrm {SWU} }}$ ${\displaystyle F}$ ${\displaystyle x_{f}}$ ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle x_{p}}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle x_{t}}$

${\displaystyle W_{\mathrm {SWU} }=P\cdot V\left(x_{p}\right)+T\cdot V(x_{t})-F\cdot V(x_{f})}$

donde está la función valor , definida como: ^[2] ${\displaystyle V\left(x\right)}$

${\displaystyle V(x)=(2x-1)\ln \left({\frac {x}{1-x}}\right)}$

y satisface

${\displaystyle V''(x)={\frac {1}{(x(1-x))^{2}}}.}$

La relación alimento-producto viene dada por la expresión

${\displaystyle {\frac {F}{P}}={\frac {x_{p}-x_{t}}{x_{f}-x_{t}}}}$

mientras que la relación colas-producto viene dada por la expresión

${\displaystyle {\frac {T}{P}}={\frac {x_{p}-x_{f}}{x_{f}-x_{t}}}}$

Ejemplo

Por ejemplo, comenzando con 102 kilogramos (225 lb) de uranio natural (NU), se necesitan alrededor de 62 SWU para producir 10 kilogramos (22 lb) de uranio poco enriquecido (LEU) con un contenido de ²³⁵ U al 4,5%, en una cola. ensayo del 0,3%.

El número de unidades de trabajo separativo proporcionadas por una instalación de enriquecimiento está directamente relacionado con la cantidad de energía que consume la instalación. Las plantas modernas de difusión gaseosa suelen requerir entre 2.400 y 2.500 kilovatios-hora (kW·h), o entre 8,6 y 9 gigajulios (GJ) de electricidad por SWU, mientras que las plantas centrífugas de gas requieren sólo entre 50 y 60 kW·h (180-220 MJ) de electricidad por SWU.

Ejemplo:

Una gran central nuclear con una capacidad eléctrica neta de 1300 MW requiere alrededor de 25 toneladas por año (25 t / a ) de LEU con una concentración ^{de 235} U del 3,75%. Esta cantidad se produce a partir de aproximadamente 210 t de NU utilizando aproximadamente 120 kSWU. Por lo tanto, una planta de enriquecimiento con una capacidad de 1.000 kSWU/a puede enriquecer el uranio necesario para alimentar unas ocho grandes centrales nucleares.

Referencias

1. «Informe anual sobre comercialización de uranio» (datos de 2022) . eia.gov . Administración de Información Energética de EE. UU . 13 de junio de 2023 . Consultado el 2 de agosto de 2023 .
2. Bernstein, Jeremy (13 de junio de 2009). "SWU para ti y para mí". arXiv : 0906.2505 [física.hist-ph].
3. Fuchs, K. (1997). Artículos científicos seleccionados de Sir Rudolf Peierls, con comentarios del autor . Compañía editorial científica mundial . pag. 303.ISBN​ 9789814498883.