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1 - GÉNÉRALITÉS

2 - PRINCIPES DE LA SÉPARATION ISOTOPIQUE

3 - ENRICHISSEMENT ET PROLIFÉRATION

Article de référence | Réf : BN3595 v1

Principes de la séparation isotopique
Enrichissement de l'uranium - Principes

Auteur(s) : Michel ALEXANDRE, Jean-Pierre QUAEGEBEUR

Date de publication : 10 janv. 2009

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INTRODUCTION

L'industrie de l'enrichissement de l'uranium a déjà plus de soixante ans et son histoire est très différente de celle de la plupart des procédés industriels. Elle fut développée dans une atmosphère d'urgence dès le début de la Seconde Guerre mondiale et pratiquement sans contraintes sur le coût, le rendement et le profit. Des progrès remarquables, aussi bien sur la variété des méthodes d'enrichissement que sur leur efficacité, ont été accomplis depuis la mise en œuvre des premiers calutrons en 1944. Avant de décrire les efforts de recherche et de développement accomplis par de nombreux pays et pour mieux comprendre les raisons de la compétition de procédés aussi différents, nous rappelons la grande variété de composition du matériau à enrichir, l'uranium, et la grande diversité des besoins auxquels doit faire face cette industrie.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bn3595


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2. Principes de la séparation isotopique

2.1 Classification des procédés : procédés à fort ou à faible enrichissement élémentaire

Les différents procédés peuvent être distingués par l'ordre de grandeur de l'effet isotopique élémentaire : dans les procédés à fort enrichissement élémentaire, le phénomène physique utilisé est tel qu'en une seule opération la teneur désirée est obtenue. C'est le cas de procédés utilisant l'interaction entre des atomes d'uranium et des rayonnements de lasers, comme les procédés SILVA ou AVLIS, ou encore du procédé électromagnétique utilisant un calutron.

Au contraire, dans la plupart des procédés, l'augmentation de teneur obtenue en une seule opération est petite et très inférieure à l'augmentation globale désirée. Dans ce cas, il est donc nécessaire d'enchaîner un grand nombre d'opérations élémentaires pour obtenir l'enrichissement souhaité.

Alors qu'il n'existe pas de théorie générale des procédés à fort enrichissement, chaque procédé étant un cas d'espèce, la façon d'enchaîner les opérations pour obtenir la teneur souhaitée dans le cas de procédés à faible enrichissement élémentaire est en grande partie indépendante de la nature physique de l'effet isotopique utilisé. Cette théorie est connue sous le nom de théorie des cascades. Elle n'est d'ailleurs pas propre à l'enrichissement de l'uranium, elle se rencontre aussi dans la séparation des autres isotopes et, de façon plus générale, dans toutes les techniques séparatives (distillation, extraction liquide-liquide, chromatographie...). Cette théorie sera exposée succinctement au paragraphe .

On distingue aussi parfois les différents procédés selon le caractère thermodynamique de l'effet utilisé, à savoir réversible ou non réversible. Dans le premier cas, la transformation s'effectue par une succession d'états en équilibre thermodynamique, comme dans la centrifugation ou la distillation. Dans le second, la transformation est obtenue par un apport continu de travail, ce sont les procédés cinétiques. Cette distinction est importante lorsqu'on s'intéresse à la consommation spécifique d'énergie. Les procédés cinétiques sont en général gros consommateurs d'énergie.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BORDIER (G), ALEXANDRE (M) -   Séparation de l'uranium par laser.  -  [BN 3 601] Base « Génie nucléaire » (2003).

  • (2) - ALEXANDRE (M.), QUAEGEBEUR (J.-P.) -   Enrichissement de l'uranium. Procédés d'enrichissement.  -  [BN 3 596] Base « Génie nucléaire » (2009).

1 Références bibliographiques

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* - http://www.usec.com/americancentrifug_ chronology

* - Nuclear Fuel 04/12/2006, 17/06/2006.

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COCHRAN (T.) - NORRIS (R.S.) - BUKHARIN (O.) - Making the russian bomb : from Stalin to Yeltsin. - Westview Press (1995).

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