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RÉSUMÉ
La finesse spectrale offerte par le laser permet permet de distinguer, dans l’interaction laser-atome ou laser-molécule, les niveaux d’énergie voisins correspondant à deux isotopes distincts. Ainsi avec la séparation isotopique par laser, on peut atteindre en une seule étape un facteur de séparation de plusieurs unités et produire directement la teneur désirée sans cascade. Ce procédé, qui repose sur une technologie pointue, semble avoir un certain avenir du fait de la diminution de coût des technologies laser.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Gilles BORDIER : Chef de projets SILVA - CEA Saclay
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Michel ALEXANDRE : Directeur de recherche, UCG et autres enrichissements - CEA Saclay
INTRODUCTION
À la différence des procédés classiques (diffusion gazeuse, ultracentrifugation), voir l’article « Enrichissement de l’uranium » , les procédés à fort enrichissement élémentaire utilisent une modification de l’état physique des molécules ou des atomes de l’isotope 235U uniquement. Dans les procédés de séparation isotopique par laser, ce changement consiste le plus souvent à ioniser un atome ou à dissocier une molécule de façon sélective. On utilise pour cela la finesse spectrale des lasers qui permet de distinguer, dans l’interaction laser-atome ou laser-molécule, les niveaux d’énergie voisins correspondant à deux isotopes distincts. On peut donc atteindre en une seule étape un facteur de séparation de plusieurs unités et produire directement la teneur désirée sans cascade. Cette plus grande efficacité est obtenue au prix d’une technologie pointue, autant pour la réalisation de l’effet séparatif que pour le collectage de l’isotope 235.
L’intérêt pour les procédés laser date des années 1970 (les premiers lasers ayant été mis au point en 1960). L’énergie disponible en sortie des lasers de pompe à haute cadence de récurrence et des lasers accordables (c’est-à-dire de longueur d’onde ajustable) est devenue suffisante pour envisager une production, mais aucun projet industriel de séparation isotopique par laser de l’uranium n’a abouti à ce jour. Les performances des lasers s’améliorant tandis que leur coût diminue, ces procédés ont cependant un intérêt en tant que voie d’avenir potentielle.
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Séparation par dissociation de la molécule UF6
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1. Séparation par laser sur vapeur atomique
1.1 Principe physique
On peut ioniser les atomes d’uranium par absorption de trois photons, dans le domaine du visible, dont la somme des énergies est supérieure ou égale à l’énergie d’ionisation de l’uranium (6,2 eV). Les trois longueurs d’onde utilisées (dont l’ensemble forme la séquence de photo-ionisation) correspondent à des transitions résonnantes successives permettant d’exciter les atomes du niveau fondamental jusqu’à un niveau auto-ionisant en passant par deux niveaux intermédiaires (figure 1). L’utilisation d’une photo-ionisation en deux étapes serait envisageable si des progrès suffisants étaient accomplis dans le domaine des lasers UV accordables. Le spectre des transitions électroniques de l’uranium est très riche : on y dénombre des milliers de raies et les choix de séquences à trois couleurs sont nombreux. L’objet des études spectroscopiques est de sélectionner les séquences à fortes sections efficaces (permettant de minimiser la puissance laser requise), de grande sélectivité isotopique et se propageant facilement dans la vapeur atomique (voir § 1.3).
La sélectivité provient du décalage isotopique des niveaux d’énergie entre les différents isotopes, lié, dans le cas de l’uranium, à l’effet de volume. Cet effet provient de la différence de volume des noyaux des deux isotopes et du fait que les fonctions d’onde électroniques de symétrie sphérique (fonctions d’onde s) ne s’annulent pas au niveau du noyau. Il résulte de l’interaction noyau-électrons une différence d’énergie électrostatique entre les deux isotopes . L’effet...
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Séparation par laser sur vapeur atomique
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - COHEN-TANNOUDJI (C.), DIU (B.), LALOË (F.) - Mécanique quantique II - , complément DXI p. 1131-1137, Hermann (1973).
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