עבודה הפרדתית היא מונח שמשמש לתיאור המאמץ שנדרש להפרדת איזוטופים, במיוחד בעבודה של העשרת אורניום. העשרת אורניום היא העלאה של החלק היחסי של האיזוטופ אורניום‑235 (החלק המסומן ב‑x) בתוך חומר כלשהו.
הפעולה של הפרדת איזוטופים מקטינה את האנטרופיה. לפי החוק השני של התרמודינמיקה יש להשקיע עבודה כדי לבצע אותה. בחישוב אידיאלי אפשר לקשור את העבודה לשינוי באנטרופיה של התוצרים מול חומר הגלם. בפועל זה קשה, ולכן משתמשים בפונקציה קרובה לתכונות האנטרופיה שנקראת "פונקציית הערך" V(x). היא תלויה ברמת ההעשרה x, וניתנת על ידי V(x) = (1-2x)·ln((1-x)/x). כאן ln הוא לוגריתם טבעי.
העבודה ההפרדתית הכוללת (SW, separative work) מחושבת מתוך המסות ומהערכים של רמות ההעשרה. נוסחאות פשוטות מקשרות בין כמות המוצר P, הפסולת T וכמות חומר הגלם F, יחד עם רמות ההעשרה x_p, x_t ו‑x_f. חוק שימור המסה קובע F = P + T, ולשמירת כמות האיזוטופ: F·x_f = P·x_p + T·x_t. מכאן נובעת נוסחה שמביעה את ה‑SW כפונקציה של כמות המוצר ושל רמות ההעשרה.
עבודה הפרדתית היא פרופורציונית לכמות התוצר. לכן מודדים ביצועים של מתקנים בכמות ה‑SWU שהם מייצרים בשנה. יחידת המדידה המקובלת היא SWU, ולעתים כותבים kg SWU כאשר מדברים על קילוגרמים של תוצר.
כמות העבודה נדרשת גדלה עם רמת ההעשרה של המוצר ועם הורדת ההכשרה (הפיכת השאריות לדללות יותר). לדוגמה, נכון ל‑2002 כושר ההפרדה העולמי היה מוערך בכ‑47 מיליון SWU לשנה. גם יעילות התהליך משתנה: דיפוזיה גזית דרשה כ‑2,500 קילוואט־שעה ל‑SWU, בעוד צנטריפוגה גזית דרשה כ‑50 קילוואט־שעה ל‑SWU.
עבודה הפרדתית היא מידה של כמה קשה להפריד סוגים שונים של אטומים. זה חשוב כשמעשירים אורניום. ההעשרה היא הגדלת חלקו של האיזוטופ אורניום‑235. (איזוטופ = גרסה של אותו יסוד עם משקל שונה.)
הפרדת האיזוטופים דורשת השקעת עבודה, כי היא מארגנת חלקיקים במידה שהיא פחות סתומה (זה קשור למילה "אנטרופיה" - מידה של אי־סדר). כדי למדוד את המאמץ משתמשים ביחידה שנקראת SWU. אנשים מדברים גם על kg SWU כשמדובר בקילוגרמים של חומר.
כמה עבודה צריך? זה תלוי בכמה רוצים להעשיר את החומר וכמה שאריות רוצים לקבל דלילות. ככל שהמוצר גבוה יותר באורניום‑235, צריך יותר SWU.
כמה דוגמאות פשוטות: בשנת 2002 כל העולם יכל להפיק בערך 47 מיליון SWU בשנה. תהליכים שונים גם צורכים אנרגיה שונה: דיפוזיה גזית דרשה כ‑2,500 קילוואט‑שעה ל‑SWU, ואילו צנטריפוגה גזית דרשה רק כ‑50 קילוואט‑שעה ל‑SWU. זה מראה שצנטריפוגות חסכוניות יותר באנרגיה.
תגובות גולשים