Urantrennarbeit

Die Urantrennarbeit (UTA) ist ein Begriff, der bei der Urananreicherung verwendet wird und den für die Trennung von Uranisotopen erforderlichen Aufwand beschreibt.

Sie hängt ab von

• der Uranmenge, die zwecks Anreicherung den Prozess durchläuft,
• dem Anreicherungsgrad des gewünschten Produkts und
• dem Abreicherungsgrad des verbleibenden Urans (dem sog. Tails).

Da es keine unmittelbar messbare Größe für die Trennarbeit gibt, musste eine Formel entwickelt werden, mit der man aus den Parametern Durchsatzmenge, Anreicherungsgrad und Abreicherungsgrad einen Wert errechnen kann, der proportional zu dem technischen und energetischen Aufwand bei der Isotopentrennung ist.

Vereinfacht kann man sagen, dass die Urantrennarbeit umso größer ist, je mehr Uran durchgesetzt wird und je vollständiger die Trennung zwischen den schwereren und leichteren Isotopen erfolgt, d. h. je höher der Anreicherungsgrad und je geringer der Abreicherungsgrad gewählt wird.

Die Urantrennarbeit hat die Dimension einer Masse. Man definiert als Einheit „kg UTA“, wobei der Zusatz UTA zur Unterscheidung von wirklichen Massen im deutschsprachigen Raum üblich geworden ist. 1000 kg UTA werden auch als 1 t UTA bezeichnet. Im Englischen ist der Begriff „Separative Work Unit“ (SWU) üblich. Es gilt: 1 SWU = 1 kg UTA.

Beispiele

Um 1 kg angereichertes Uran zu erzeugen, sind je nach gewähltem Abreicherungsgrad (Anteil des Isotops ²³⁵U im Tails) folgende Urantrennarbeiten erforderlich:

• Bei einem Anreicherungsgrad von 3 % (Anteil des Isotops ²³⁵U im Produkt):
  • bei 0,01 % Abreicherungsgrad: 12,39 kg UTA
  • bei 0,05 % Abreicherungsgrad: 7,727 kg UTA
  • bei 0,10 % Abreicherungsgrad: 5,905 kg UTA
  • bei 0,15 % Abreicherungsgrad: 4,915 kg UTA
  • bei 0,20 % Abreicherungsgrad: 4,253 kg UTA
  • bei 0,25 % Abreicherungsgrad: 3,765 kg UTA
  • bei 0,30 % Abreicherungsgrad: 3,383 kg UTA
  • bei 0,71 % Abreicherungsgrad: 1,781 kg UTA
• Bei einem Anreicherungsgrad von 20 % (Anteil des Isotops ²³⁵U im Produkt):
  • bei 0,01 % Abreicherungsgrad: 114,18 kg UTA
  • bei 0,05 % Abreicherungsgrad: 74,74 kg UTA
  • bei 0,10 % Abreicherungsgrad: 59,33 kg UTA
  • bei 0,15 % Abreicherungsgrad: 50,97 kg UTA
  • bei 0,20 % Abreicherungsgrad: 45,37 kg UTA
  • bei 0,25 % Abreicherungsgrad: 41,24 kg UTA
  • bei 0,30 % Abreicherungsgrad: 38,01 kg UTA
  • bei 0,71 % Abreicherungsgrad: 24,46 kg UTA
• Bei einem Anreicherungsgrad von 85 % (Anteil des Isotops ²³⁵U im Produkt):
  • bei 0,01 % Abreicherungsgrad: 513,1 kg UTA
  • bei 0,05 % Abreicherungsgrad: 340,7 kg UTA
  • bei 0,10 % Abreicherungsgrad: 273,3 kg UTA
  • bei 0,15 % Abreicherungsgrad: 236,7 kg UTA
  • bei 0,20 % Abreicherungsgrad: 212,3 kg UTA
  • bei 0,25 % Abreicherungsgrad: 194,2 kg UTA
  • bei 0,30 % Abreicherungsgrad: 180,1 kg UTA
  • bei 0,71 % Abreicherungsgrad: 120,9 kg UTA

Bei gleichem Anreicherungsgrad wird also der Aufwand umso größer, je weniger ²³⁵U sich im abgereicherten Uran befinden soll.

Etwa 100 – 200 t UTA sind erforderlich, um den jährlichen Anreicherungsbedarf für einen typischen Leichtwasserreaktor mit 1000 MW elektrischer Leistung zu decken. Große Urananreicherungsanlagen verfügen über Kapazitäten von mehreren tausend Tonnen UTA pro Jahr. Für die einzige in Deutschland in Betrieb befindliche Anreicherungsanlage Gronau wurde eine Kapazitätserweiterung auf 4.500 t UTA/a beantragt und im Jahre 2005 genehmigt.

Weblinks

SWU Calculator, UTA-Rechner auf der Website von Urenco