Généralités
Enrichissement de l'uranium - Principes

1.1 Isotopes de l'uranium

L'uranium naturel est un mélange d'isotopes dont les propriétés nucléaires sont différentes. Il contient 0,72 % d'atome de l'isotope ²³⁵U, 99,274 5 % d'atomes de ²³⁸U et, en équilibre radioactif avec ce dernier, 0,005 5 % de ²³⁴U. Les demi-vies de ²³⁵U et ²³⁸U sont respectivement 7,1 × 10⁸ et 4,5 × 10⁹ ans ; elles sont suffisamment longues pour expliquer leur présence dans l'écorce terrestre.

C'est l'isotope ²³⁵U qui entretient la réaction en chaîne dans les réacteurs à neutrons thermiques par lesquels il est fissile. Il est aussi fissile, comme ²³⁸U, par les neutrons rapides et peut aussi être utilisé dans les réacteurs surgénérateurs, associé au plutonium.

Si le premier réacteur construit par l'homme a divergé en 1942 (Enrico Fermi, Chicago), la première réaction en chaîne terrestre a eu lieu il y a plus de 1,7 milliard d'années dans le gisement d'Oklo au Gabon [1]. Des réacteurs naturels, maintenant fossiles, y ont alors abaissé localement la teneur de l'uranium en ²³⁵U jusqu'à 0,3 % ; leur existence étant attestée par la présence des descendants des produits de fission, restés en place.

1.2 Problématique de l'enrichissement de l'uranium

L'enrichissement de l'uranium est un cas particulier de la problématique plus générale de la séparation d'isotopes. Le nombre de neutrons dans un noyau ayant des effets infimes sur la chimie de l'atome, la séparation d'isotopes ne peut être accomplie par les techniques chimiques usuelles. La séparation isotopique tire profit des propriétés du noyau sensibles au nombre de neutrons : sa masse, sa taille, sa forme, le moment magnétique ou le moment angulaire. La différence de masse est utilisée dans la plus grande partie des procédés, aussi bien industriels que ceux en phase de développement.

Il existe deux grandes classes d'effets sensibles à la différence de masse des isotopes de l'uranium. La première est basée sur la différence de la vitesse moyenne des...