واحدهای کار جداسازی

«کار جداسازی» یا سو (به انگلیسی: Separative Work Unit – SWU)، واحدی برای سنجش میزان کاری است که در فرآیند جداسازی ایزوتوپ‌های یک عنصر انجام می‌شود تا نسبت یکی از ایزوتوپ‌ها (مانند U-235 در اورانیوم) در محصول نهایی افزایش یابد.^[۱] کار جداسازی اورانیوم ابعادی معادل جرم دارد و میزان جداسازی انجام‌شده در یک فرآیند غنی‌سازی را بیان می‌کند. این مقدار تابعی از غلظت‌های مواد اولیه، محصول غنی‌شده و تفاله است. سو در واحدهایی بیان می‌شود که به گونه‌ای محاسبه شده‌اند تا متناسب با کل ورودی (انرژی / زمان کار ماشین) و جرم فرآوری‌شده باشند. کار جداسازی معادل انرژی مصرفی نیست و برای یک مقدار مشخص از سو، بسته به بازدهی فناوری جداسازی، مقادیر متفاوتی از انرژی مورد نیاز است. واحدهای متداول برای بیان این کمیت عبارت‌اند از: SWU، kg SW، یا kg UTA (از واژه آلمانی Urantrennarbeit – به معنای تحت‌اللفظی کار جداسازی اورانیوم). ^[۲]

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

محاسبهٔ دقیق سو با معادلات دیفرانسیل انجا می‌شود اما به صورت معمولی رابطهٔ زیر قابل استفاده است:

که:

• S کار به SWU است.
• P جرم محصول-اورانیوم غنی شده- است.
• W جرم زباله است.
• F جرم مادهٔ خام است.
• xW عیار زباله است.
• xP عیار محصول است.
• xF عیار مادهٔ خام است.

یا به عبارتی کار ${\displaystyle W_{\mathrm {SWU} }}$ لازمبرای جداسازی جرم ${\displaystyle F}$ با عیار ${\displaystyle x_{f}}$ به جرم ${\displaystyle P}$ با عیار ${\displaystyle x_{p}}$، و باقی‌مانده به جرم ${\displaystyle T}$ با عیار ${\displaystyle x_{t}}$ با رابطهٔ زیر بیان می‌شود:

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

که ${\displaystyle V\left(x\right)}$ تابع ارزش است و به صورت زیر تعریف می‌شود:

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

نسبت تغذیه به محصول:

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

نسبت تفاله به محصول:

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

به عنوان مثال: با داشتن ۱۰۲ کیلوگرم (۲۲۵ پوند) اورانیوم طبیعی، 62 SWU نیاز است تا ۱۰ کیلوگرم (۲۲ پوند) از اورانیوم با غنای کم²³⁵U 4.5% بدست آوریم. با باقیماندهٔ ۰٫۳٪.

تعداد سوها بسته به میزان مصرف انرژی تجهیزات دارد. تجهیزات مدرن انتشار گازی در حدود 2,400 to ۲٬۵۰۰ کیلو وات ساعت (kW·h), یا ۸٫۶–۹ گیگاژول (GJ) برق در هر SWU مصرف می‌کنند در حالی که کارخانهٔ سانتریفیوژهای گازی تنها به 50 to 60 kW·h (180–220 MJ) برق در هر SWU نیاز دارند. مثال:

یک نیروگاه بزرگ 1300 MW در حدود ۲۵ تن در سال (۲۵ t/a)اورانیوم با غنای کم ²³⁵U 3.75% نیاز دارد؛ که از حدود ۲۱۰ تن اورانیوم طبیعی با 120 kSWU بدست می‌آید. یک کارخانهٔ غنی سازی با ظرفیت 1000 kSWU/a می‌تواند نیاز ۸ نیروگاه را تأمین کند.

مثال:

برای تأمین سوخت نیروگاه اتمی بوشهر، رآکتور تحقیقاتی تهران و رآکتور اراک حدوداً ۱۹۰ هزار سو نیاز دارند. اگر توان هر ماشین سانتریفیوژ ۳ سو باشد، حدود ۶۰ هزار ماشین سانتریفیوژ نیاز است و اگر توان هر ماشین سانتریفیوژ ۱۰ سو باشد به ۱۹ هزار دستگاه سانتریفیوژ نیاز است. ظرفیت سانتریفیوژهای نسل اول ایران کمتر از ۲ سو است.^[۳]

^[۴]