Jednotka separační práce
Jednotka separační práce je jednotka, která udává množství práce potřebné s separaci izotopu během obohacování. Závisí na koncentraci izotopů ve vstupním materiálu, finálním obohacení, koncentraci izotopu v ochuzeném materiálu a množství (hmotnosti) finálního produktu. Používá se pro určování nákladů na výrobu jaderného paliva. Spotřeba energie, doba obohacování a náklady jsou přímo úměrné separační práci a závisí na konkrétním způsobu obohacování.[1]
Jednotka má zkratku SWU a vztahuje se na 1 kg obohaceného materiálu, kSWU udává separační práci na 1 tunu materiálu. Velké obohacovací závody mají obohacovací kapacity řádově v tisících kSWU/rok.[2]
SWU se používá zejména v kontextu obohacování uranu pro jaderné palivo a jaderné zbraně.
Výpočet SWU
[editovat | editovat zdroj]Separační práci lze vypočítat ,
kde je hmotnost obohaceného materiálu, je koncentrace obohacovaného izotopu v , je hmotnost ochuzeného materiálu, je koncentrace obohacovaného izotopu v , je hmotnost vstupního materiálu a je koncentrace obohacovaného izotopu v . je funkce dána
.
Poměr hmotností vstupního a obohaceného materiálu je dán:
.
Poměr hmotností ochuzeného a obohaceného materiálu je dán[1][3]:
.
Příklady
[editovat | editovat zdroj]Palivo JE Temelín
[editovat | editovat zdroj]JE Temelín používá palivo s průměrným obohacením 3,6 % U235. Během 12měsíčního cyklu se každých 12 měsíců vymění čtvrtina z 92 tun paliva, tedy je 23 tun. Za předpokladu 0.2% koncentrace U235 v ochuzeném uranu lze potřebnou separační práci odhadnout následovně:
.
Reálná hodnota se však bude lišit, obohacení paliva je totiž v jednotlivých kazetách jiná. Za předpokladu 2400 Kč/SWU a 1600 Kč/kgU lze vypočítat i náklady spojené s obohacováním paliva:
K ceně paliva je také potřeba přičíst náklady spojené se samotnou fabrikací paliva, chemickou konverzí, přepravou atd.
Jaderná bomba s obohaceným uranem
[editovat | editovat zdroj]Jaderná bomba Little boy o výbuchu 15 kt TNT, která byla využita v Hirošimě používala jako palivo 64 kg uranu s průměrným obohacením 80 %. Za předpokladu 0.4% koncentrace U235 v ochuzeném uranu lze potřebnou separační práci odhadnout následovně:
.
V případě stejné koncentrace uranu v ochuzené části, 0.2 %, potřebuje 1 kg 80% zbrojního uranu 50krát více separační práce než 1 kg 3% jaderného paliva.
Využití
[editovat | editovat zdroj]SWU je jedním z nejdůležitějších parametrů jak civilních, tak vojenských obohacovacích závodů na obohacování uranu, který udává kolik materiálu dokáže závod vytvořit v závislosti na stupni obohacení. V roce 2020 byla celková separační kapacita přes 60 MSWU/rok, z toho 27,7 MSWU/rok se nachází v Rusku, 7,5 MSWU ve Francii, 6,3 MSWU v Číně a 4,9 MSWU v USA[1].
Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ a b c MASTERSON, Robert. Introduction to nuclear reactor physics. [s.l.]: CRC Press, Taylor & Francis Group, Dostupné online. ISBN 978-1-4987-5148-3.
- ↑ Uranium Enrichment | Enrichment of uranium - World Nuclear Association. www.world-nuclear.org [online]. [cit. 2023-10-24]. Dostupné online.
- ↑ Separative work unit - Energy Education. energyeducation.ca [online]. [cit. 2023-10-24]. Dostupné online. (anglicky)