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Auteur(s)
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Daniel MASSIGNON : Ancien Chef du Service de Chimie-Physique du Commissariat à l’Énergie Atomique
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’industrie de l’enrichissement de l’uranium a maintenant déjà cinquante ans. Elle présente pourtant l’aspect d’une industrie en pleine jeunesse. En effet, plusieurs procédés d’enrichissement sont en présence sur le marché mondial et un effort considérable de recherche et développement est fait sur beaucoup d’autres. La France occupe une place de premier plan dans ce marché et dans cet effort de renouvellement. Pour mieux comprendre les raisons de la compétition de procédés aussi différents, nous allons d’abord rappeler 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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Principaux procédés de séparation2. Principes de la séparation isotopique. Critères de choix d’un procédé
2.1 Classification des procédés
Le principe d’un procédé de séparation isotopique fait nécessairement appel à une différence entre les propriétés des isotopes à séparer. La différence entre les masses des noyaux de 235U et 238U est ainsi à la base des procédés aérodynamiques (diffusion gazeuse, centrifugation, vortex, tuyère) et électromagnétiques (Calutrons, résonance cyclotron ionique). La différence entre les spins des noyaux d’uranium (0 pour 238U et 7/2 pour 235U) n’a pas encore été utilisée, bien qu’a priori elle puisse être mise en œuvre. Beaucoup de procédés sont fondés sur la déformation, par les noyaux de masses différentes, du système des électrons périphériques de l’uranium (laser atomique) ou de molécules contenant de l’uranium (laser moléculaire, échanges chimiques et ioniques, distillation de UF6 ).
On peut aussi classer les procédés de séparation selon leur thermodynamique, en procédés d’équilibre (où les constituants du mélange placés dans une enceinte fermée parviennent à une distribution en équilibre entre deux régions ou deux phases, sans travail extérieur) et procédés de non-équilibre ou procédés cinétiques (où la séparation n’est obtenue qu’avec apport continu de travail). Les procédés d’équilibre (equilibrium processes ) sont réversibles en principe : par exemple, la centrifugation (si l’on néglige le travail de maintien en rotation), la distillation (si l’on néglige le maintien du gradient de température dans la colonne), les échanges chimiques (si l’on omet le reflux généralement irréversible). Ils consomment donc peu d’énergie. Les procédés de non-équilibre (non-equilibrium...
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