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RÉSUMÉ
De nombreux procédés d'enrichissement de l'uranium ont été étudiés depuis le début du nucléaire, allant de mises en œuvre à l'échelle du laboratoire à des installations pilotes ayant des capacités de quelques centaines de milliers d’unités de travail de séparation. Actuellement, seuls deux procédés sont utilisés industriellement pour produire de l'uranium enrichi, la diffusion gazeuse et la centrifugation, basés tous les deux sur la mise en œuvre de l'uranium sous forme UF 6. L’article présente également les procédés ayant fait l’objet de recherche et de développement conséquents. Ces procédés mettent en œuvre l'uranium soit sous forme hexafluorure, soit sous forme métallique ou par l'intermédiaire d'autres composés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel ALEXANDRE : Ancien Directeur de recherche, CEA Saclay
-
Jean-Pierre QUAEGEBEUR : Ancien Ingénieur de programme, CEA Saclay
INTRODUCTION
Des progrès remarquables ont été accomplis tant dans la diversité que dans les performances des techniques d'enrichissement, depuis la mise en service des premiers calutrons en 1944. Malgré l'effort considérable de recherche et développement entrepris sur de nombreuses techniques, seuls deux procédés industriels restent actuellement en présence pour satisfaire aux besoins en uranium enrichi.
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7. Procédés électromagnétiques et ioniques
Ces méthodes font appel à l'ionisation des espèces présentes dans le produit d'alimentation et elles utilisent des champs électriques et magnétiques pour accélérer et séparer les ions. Elles se caractérisent par des facteurs de séparation relativement élevés et par des flux faibles, limités par les basses densités inhérentes aux faisceaux d'ions et aux plasmas mis en œuvre.
7.1 Spectromètre de masse et calutron
Le procédé de séparation électromagnétique est fondé sur le fait qu'une particule chargée qui se déplace dans un champ magnétique suit une trajectoire curviligne, dont le rayon dépend de la masse de la particule. Les particules les plus lourdes décrivent alors un cercle plus grand que les particules plus légères, en supposant qu'elles aient la même charge et se déplacent à la même vitesse.
La spectrométrie de masse reste la méthode la plus sensible d'analyse isotopique. Elle est aussi l'un des meilleurs moyens de préparation, en petite quantité, d'isotopes séparés de grande pureté, car le facteur de séparation peut dépasser 1 000.
La méthode a été employée [29] pendant la Seconde Guerre mondiale dans l'usine Y12 d'Oak Ridge (figure 28). Elle utilise UCl 4 qui, après vaporisation par chauffage, est ionisé par bombardement électronique. Les ions U + émis à vitesse thermique sont accélérés par voie électrostatique. Par passage dans un champ magnétique, le faisceau des atomes d'uranium ionisés est divisé entre une zone plus proche de la paroi extérieure, qui est appauvrie, et une zone plus proche de la paroi intérieure, qui est enrichie en 235U.
Ce procédé a été abandonné en raison de l'énergie élevée qui doit être communiquée aux ions U + afin de pouvoir focaliser séparément sur le collecteur les faisceaux d'ions des divers isotopes : de l'ordre de 200 MW pour produire 1 kilogramme d'uranium enrichi à 92 %, par an. L'échauffement par impact de ce collecteur et la perturbation des trajectoires par effet de charge limitent par ailleurs la densité ionique possible.
Du fait des grandes quantités d'énergie nécessaires au maintien de puissants champs magnétiques et du faible taux de récupération de l'uranium d'alimentation, la séparation électromagnétique...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GOWING (M.) - Britain and atomic energy. - (1939-1945), 464 p. (1964).
-
(2) - HEWLETT (R.C.), ANDERSN (O.E.) - The new world. - Penn. State University Press, 766 p. (1962).
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(3) - BRETON (J.P.) - Note on the power consumption of a separating element. - J. Nucl. Sci. Eng., 1, p. 293 (1974).
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(4) - MASSIGNON (D.) - Gaseous diffusion. - In Villani (S.) Ed. Uranium enrichment. Topics in applied physics, Springer Verlag, vol. 35, p. 55-182 (1979).
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(5) - WILKIE (T.) - Tricastin points the road to energy independence. - Nuclear Engineering International, vol. 25, no 305, p. 44, oct. 1980.
-
(6) - Enrichissement isotopique par diffusion gazeuse. - Bull. Inf. Sci. et Techn. du CEA no 206, p. 134 (1975).
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1 À lire également dans nos bases
BORDIER (G.), ALEXANDRE (M.) - Séparation de l'uranium par laser. - [BN 3 601] Base « Génie nucléaire » (2003).
ALEXANDRE (M.), QUAEGEBEUR (J.-P.) - Enrichissement de l'uranium. Généralités et principes. - [BN 3 595] Base « Génie nucléaire » (2009).
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USEC Inc. http://www.usec.com/
Nuclear Regulatory Commission http://www.nrc.gov/
Uranium Information Centre http://www.uic.com.au/
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