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EnglishAuteur(s)
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Michel ALEXANDRE : Ancien Directeur de recherche, CEA Saclay
-
Jean-Pierre QUAEGEBEUR : Ancien Ingénieur de programme, CEA Saclay
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Lire l’articleINTRODUCTION
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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2. Diffusion gazeuse
2.1 Principes physiques
2.1.1 Facteur de séparation élémentaire
Le procédé de séparation par diffusion gazeuse à travers une barrière poreuse est fondé sur le phénomène de diffusion moléculaire isotherme. Dans une enceinte close en équilibre thermique avec son voisinage, les molécules du mélange gazeux d'UF 6 ont toutes la même énergie cinétique moyenne. Par suite, les molécules contenant l'isotope 235U ont une vitesse moyenne plus grande que les molécules contenant 238U : elles frappent plus souvent les parois de l'enceinte. Si l'on perce dans une paroi un trou assez petit (figure 1) pour que les molécules n'en sortent qu'une à une, ce trou laissera donc sortir de l'enceinte une proportion plus grande de molécules contenant 235U. Une barrière de diffusion gazeuse est formée par de nombreux pores en parallèle.
Cette relation entre la diffusion à travers un pore et la masse moléculaire a été mise en évidence par les expériences de Knudsen et expliquée par la théorie cinétique des gaz de Maxwell. Ce procédé a été appliqué par Hertz avec une cascade de 24 étages pour enrichir le néon en néon 22. La première application à la séparation des isotopes de l'uranium a été envisagée dès 1940 [1] et la première usine a commencé à fonctionner à Oak Ridge en 1945 [2].
Supposons, pour simplifier, la pression en aval nulle pb ≥ 0 et la pression amont pf assez faible pour que l'effet des collisions entre molécules soit négligeable. Les courants isotopiques sortant d'un pore sont de la forme, pour l'isotope 235U :
avec :
- n :
- densité...
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Diffusion gazeuse
BIBLIOGRAPHIE
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(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).
-
(3) - BRETON (J.P.) - Note on the power consumption of a separating element. - J. Nucl. Sci. Eng., 1, p. 293 (1974).
-
(4) - MASSIGNON (D.) - Gaseous diffusion. - In Villani (S.) Ed. Uranium enrichment. Topics in applied physics, Springer Verlag, vol. 35, p. 55-182 (1979).
-
(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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