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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
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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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6. Procédés utilisant les lasers
Les procédés utilisant des lasers font déjà l'objet d'une description dans le dossier [BN 3 601], aussi n'en donnera-t-on ici qu'une description succincte. Deux procédés ont été développés. Le premier, ayant été poussé jusqu'à la taille d'une installation pilote est le procédé SILVA qui utilise l'interaction sélective entre des atomes d'uranium et des rayonnements de lasers. Le second, qui n'a pas dépassé le stade du laboratoire, utilise l'interaction sélective entre la molécule UF 6 et des lasers infrarouges.
6.1 Procédé SILVA
Le principe est l'ionisation sélective de la vapeur d'uranium. Les niveaux électroniques d'un atome 235U sont légèrement décalés par rapport à ceux de l'uranium 238U. Ce décalage, ou déplacement isotopique, est faible (de l'ordre de quelques 10 –6 fois l'énergie du niveau), mais suffisamment important devant la largeur de la transition pour permettre une irradiation sélective (figure 24). Il est donc possible, au moyen de lasers accordés à la fréquence des transitions de l'uranium 235U de n'exciter, puis de n'ioniser que les atomes 235U.
La mise en œuvre est donc la suivante (figure 25) : de l'uranium métallique est vaporisé (cette évaporation s'effectue au moyen d'un bombardement électronique) et la vapeur, après une détente qui la porte dans un régime non collisionnel, traverse une zone où sont superposés les différents faisceaux des lasers. À la sortie de cette zone, les atomes 235U ont été transformés en ions 235U +, tandis que les atomes 238U sont restés à l'état neutre. Un système de plaques polarisées électriquement sépare ensuite les ions des atomes neutres. Pour assurer un fonctionnement en régime continu, les plaques collectrices sont portées à une température suffisante...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GOWING (M.) - Britain and atomic energy. - (1939-1945), 464 p. (1964).
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(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.
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(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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