CH621068A5 - - Google Patents

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CH621068A5
CH621068A5 CH1372477A CH1372477A CH621068A5 CH 621068 A5 CH621068 A5 CH 621068A5 CH 1372477 A CH1372477 A CH 1372477A CH 1372477 A CH1372477 A CH 1372477A CH 621068 A5 CH621068 A5 CH 621068A5
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CH
Switzerland
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fraction
cascade
cascades
uranium
light
Prior art date
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CH1372477A
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Inventor
Thomas Marshall Stark
Original Assignee
Exxon Nuclear Co Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/20—Separation by centrifuging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/08—Centrifuges for separating predominantly gaseous mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S494/00—Imperforate bowl: centrifugal separators
    • Y10S494/90—Imperforate bowl: centrifugal separators involving mixture containing one or more gases

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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)
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Description

La présente invention a pour but de fournir un procédé du genre précité qui permet d'obtenir un produit enrichi en un isotope léger en évitant les inconvénients des procédés connus de ce genre, tout en conservant leurs avantages.
Le procédé selon l'invention est défini dans la revendication 1.
La description suivante traite, à titre d'exemple, des modes de réalisation du procédé selon l'invention et de l'installation pour sa mise en œuvre, partiellement en regard du dessin. Sur ce dessin :
La fig. 1 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope connu.
La fig. 2 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce dispositif fournit trois fractions différentes et comporte une cascade auxiliaire d'un seul étage.
La fig. 3 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce dispositif fournit quatre fractions différentes.
La fig. 4 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce dispositif fournit trois fractions différentes.
Les fig. 5A et 5B montrent deux diagrammes d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un quatrième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ces diagrammes illustrent deux états d'interconnexion différents du dispositif qui correspondent à deux modes de fonctionnement respectifs différents de celui-ci. Selon le mode de fonctionnement de la fig. 5A ce dispositif fournit trois fractions de produit différentes. Selon le mode de fonctionnement de la fig. 5B, il fournit quatre fractions de produit.
Les fig. 6A et 6B montrent des versions différentes de robinets utilisées dans les dispositifs des fig. 5A et 5B.
La fig. 7 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un cinquième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Comme le dispositif des fig. 5A et 5B, ce dispositif présente deux états d'interconnexion et deux modes de fonctionnement correspondants. La fig. 7 illustre un de ces modes de fonctionnement.
La fig. 8 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un sixième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce dispositif comporte également deux états d'interconnexion et deux modes de fonctionnement correspondants dont un seul est illustré.
La fig. 9 montre un diagramme d'écoulement d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un septième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce dispositif a aussi deux états d'interconnexion et deux modes de fonctionnement correspondants dont un seul est illustré.
La fig. 10 montre un diagramme d'écoulement et un dessin schématique d'un dispositif d'enrichissement en isotope pour la mise en œuvre d'un huitième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Ce dispositif comporte un moyen à charges discontinues pour transporter une fraction de mélange gazeux d'un groupe de cascades à une cascade auxiliaire.
Le dispositif d'enrichissement en isotope décrit sert à séparer un mélange gazeux d'alimentation comportant un composé d'un isotope nucléaire lourd à une concentration prédéterminée, en au moins deux fractions de sortie du dispositif. Une de ces fractions est une fraction de déchet appauvrie en isotope léger à une concentration prédéterminée et l'autre est une fraction de produit enrichi en isotope léger à une concentration prédéterminée. Le dispositif décrit comporte un premier groupe de cascades de centrifugeurs à gaz. Chacune des cascades du premier groupe comporte au moins un étage d'enrichissement, au moins un étage d'appauvrissement, une entrée, une sortie de fraction légère et uné sortie de fraction lourde. Ces cascades servent à séparer le mélange gazeux d'alimentation en des fractions de mélange gazeux légères et lourdes. Le dispositif décrit comporte, de plus, un moyen pour introduire le mélange gazeux d'alimentation dans chacune des entrées des cascades du premier groupe ainsi qu'un moyen pour extraire au moins une partie d'une fraction de produit et d'une fraction de déchet des sorties de fraction légère et de fraction lourde respectives du premier groupe de cascades. Une cascade auxiliaire du dispositif décrit comporte une entrée, une sortie de fraction légère et une sortie de fraction lourde.
Dans une version préférée du dispositif décrit, la cascade auxiliaire comporte un seul étage. La cascade d'une version légèrement modifiée du dispositif décrit comporte plusieurs étages d'enrichissement et d'appauvrissement. Le dispositif décrit comporte, par ailleurs, un moyen pour transporter ime fraction de mélange gazeux d'une sortie d'une première cascade du premier groupe à l'entrée de la cascade auxiliaire, de manière à permettre de séparer au moins une partie d'une fraction de mélange gazeux fournie par le premier groupe de cascades en une fraction légère et une fraction lourde au moyen de la cascade auxiliaire. Dans une version préférée du dispositif décrit, ce moyen est formé par une simple conduite et un régulateur de débit connectés entre la sortie de la première cascade et l'entrée de la cascade auxiliaire. Pour la mise en œuvre de certains procédés par charges discontinues, une version du dispositif décrit comporte un récipient amovible fixé à la sortie de la première cascade, de manière à permettre d'y condenser la fraction de mélange gazeux. Ce récipient peut également être fixé à l'entrée de la cascade auxiliaire, de manière à permettre d'y laisser évaporer la fraction de mélange gazeux. Un moyen approprié du dispositif décrit permet d'extraire au moins une partie d'une fraction de sortie du dispositif d'une sortie de la cascade auxiliaire.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, une fraction légère ou une fraction lourde fournie par la cascade auxiliaire a, de préférence, la même concentration en isotope léger que le mélange gazeux d'alimentation. La signification du terme «sorties réciproques» comprend une sortie de fraction légère d'une première cascade et une sortie de fraction lourde d'une seconde cascade, si le nombre des étages d'enrichissement et d'appauvrissement est tel que, lorsque la fraction légère de la sortie de la première cascade est alimentée dans l'entrée de la seconde cascade, la fraction de sortie lourde de la seconde cascade a pratiquement la même fraction molaire d'isotope léger que le mélange d'alimentation de la première cascade. Pour deux cascades usuelles du type «one-up/one-down» la sortie de fraction légère de la première cascade et la sortie de fraction lourde de la seconde cascade sont des sorties réciproques, si le nombre des étages d'appauvrissement de la seconde cascade est égale au nombre des étages d'enrichissement de la première cascade moins un. Dans une version préférée du dispositif décrit, la sortie de fraction lourde de la cascade auxiliaire et au moins une sortie de fraction légère d'au moins une première cascade du premier groupe de cascades sont des sorties réciproques, la cascade auxiliaire étant alimentée à partir de ces sorties de fraction légère. Ainsi la fraction lourde fournie par la cascade auxiliaire peut être combinée avec le mélange gazeux d'alimentation du dispositif et recyclée aux cascades du premier groupe, sans subir de pertes dues au mélange. La concentration moyenne en isotope léger des fractions de produit fournies par cette version préférée est sensiblement plus élevée que la concentration moyenne en isotope léger dans les fractions de produit provenant d'un dispositif d'enrichissement en isotope antérieur correspondant, muni d'un premier groupe de cascades identique à celui de cette version préférée et d'une cascade additionnelle en parallèle avec la cascade du premier groupe, cette cascade additionnelle ayant le même nombre de centrifugeurs à gaz que la cascade auxiliaire de cette version préférée du dispositif décrit. Les dispositifs d'enrichissement en isotope antérieurs peuvent être ainsi convertis en cette version préférée du dispositif décrit, ce qui permet de dépla5
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cer le profil des produits de sortie du dispositif vers une concentration en isotope léger sensiblement plus élevée.
Le procédé décrit présente l'avantage de permettre de varier le profil, ou distribution, des produits de sortie d'un dispositif d'enrichissement en isotope, sans pour autant augmenter les pertes du dispositif dues au mélange et sans devoir redistribuer un grand nombre de cascades entre les groupes de cascades du dispositif. Ainsi le changement de l'interconnexion d'un petit pourcentage des cascades d'un dispositif d'enrichissement en isotope antérieur, de manière à le convertir en un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, peut changer la distribution des fractions de produit fournies dans une mesure comparable à celle obtenue en changeant l'interconnexion de plus de 25% des cascades du dispositif antérieur de manière à les redistribuer parmi les groupes de cascades de ce dispositif. Le procédé décrit présente ainsi l'avantage de permettre une adaptation rapide, simple et peu coûteuse du profil des produits de sortie d'un dispositif d'enrichissement en isotope à un changement même inattendu du profil de la demande, en ne modifiant que l'interconnexion d'un petit nombre de cascades seulement, de manière à obtenir une version du dispositif décrit. Quand on peut prévoir des variations du profil de la demande de produits de sortie, il peut être avantageux d'utiliser un mode de réalisation du système, ou procédé ou dispositif, selon l'invention qui comprend des robinets pour varier l'interconnexion d'une ou de plusieurs cascades, de manière à obtenir des modes de fonctionnement du système permettant de changer économiquement le profil, ou distribution, des produits de sortie, sans pour autant devoir modifier la tuyauterie d'interconnexion des cascades. Une version préférée du dispositif décrit comporte, à cet effet, des robinets et des conduites pour connecter, alternativement, l'entrée de la cascade auxiliaire à l'une de deux sources de mélange gazeux d'alimentation. Une de ces sources peut être le moyen pour introduire le mélange gazeux d'alimentation dans les entrées du premier groupe de cascades. L'autre source peut être une conduite de décharge de fraction légère d'un sous-groupe d'un premier groupe. Dans une autre version du dispositif décrit, l'entrée de la cascade auxiliaire peut, à volonté, être connectée à la conduite de décharge de la fraction légère de l'un ou de l'autre de deux sous-groupes qui produisent des fractions légères de compositions différentes. Dans chacune de ces versions, la cascade auxiliaire peut travailler selon l'un ou l'autre de deux modes de fonctionnement en ce qui concerne les concentrations de l'isotope léger dans les fractions légères et lourdes fournies par la cascade auxiliaire. La concentration des fractions de produit peut être ainsi variée aisément de manière à correspondre aux variations du profil de la demande de produits, ceci en faisant simplement tourner des robinets, sans devoir modifier la tuyauterie de cascades qui ont traité du matériel radioactif.
Un autre avantage du procédé décrit est que le dispositif pour sa mise en œuvre peut comporter des cascades et des centrifugeurs à gaz de constructions variées. En plus des cascades du type one-up/one-down, d'autres cascades de constructions moins courantes peuvent être utilisées, par exemple la cascade du type two-up/one-down, décrite par D.R. Olander dans «Nuclear Technology», vol. 29, p. 108-112 (avril 1976). De préférence on utilisera des cascades dont les frais d'exploitation sont peu élevés et qui permettent de traiter le même débit de gaz d'alimentation en utilisant un nombre minimum de centrifugeurs à gaz d'un prix de revient moindre. Les détails des cascades et des centrifugeurs à gaz qui ne sont pas nécessaires à la compréhension du système décrit ne sont pas traités dans ce mémoire.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 200, que la fig. 2 illustre, comporte un premier groupe 210, un deuxième groupe 220 et un troisième groupe 230. Le groupe 210 comprend des cascades 212A-212J. Le groupe 220 comprend des cascades 222A-222M. Le groupe 230 comprend des cascades 232A-232N. Chacune des cascades des groupes 210, 220, 230 comporte plusieurs étages d'enrichissement et plusieurs étages d'appauvrissement. Le nombre des cascades par groupe n'est pas spécifié, du fait que sa connaissance n'est pas nécessaire pour comprendre le système décrit et qu'il change de cas en cas en fonction de la variation du débit désiré de fraction légère du groupe ainsi qu'en fonction de la capacité de ses cascades.
Les cascades 212A-212J du groupe 210 ont des entrées 214A-214J, des sorties de fraction lourde 216A-216J et des sorties de fraction légère 218A-218J. Les sorties 218A-218J sont connectées à une première conduite 244 de décharge de fraction de produit, qui permet d'extraire la fraction légère d'hexafluorure d'uranium fournie par le groupe 210. Les entrées 214A-214J sont connectées à une conduite 240 de mélange d'alimentation. Les entrées 224A-224M des cascades 222A-222M du groupe 220 et les entrées 234A-234N des cascades 232A-232N du groupe 230 sont également connectées à la conduite 240. Celle-ci conduit de l'hexafluorure d'uranium aux entrées des cascades des groupes 210,220, 230. Pour simplifier, les moyens usuels pour régler la pression et le débit d'hexafluorure d'uranium dans la conduite 240 ne sont pas représentés sur le dessin, ni les moyens similaires des conduites de décharge et des autres conduites du dispositif. Les sorties de fraction lourde 216A-216J, 226A-226M et 236A-236N des groupes ' respectifs 210, 220, 230 sont connectées à une conduite 242 de décharge de fraction déchet. Les sorties de fraction légère 228A-228M du groupe 220 sont connectées à une conduite 246 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 238A-238N sont connectées à une conduite 248 de décharge de fraction de produit.
Comme la fig. 2 le montre, les cascades du premier groupe 210 produisent une fraction légère enrichie théoriquement en 235UFö par un facteur de a3 par rapport à l'hexafluorure d'uranium d'alimentation. Les cascades 222A-222M du second groupe 220 produisent une fraction légère enrichie théoriquement par le facteur a3-5. Les cascades 232A-232N du troisième groupe 230 produisent une fraction légère enrichie théoriquement par le facteur a4. Pour un facteur de séparation a égal à 1,5, les facteurs d'enrichissement a3, a3,5, a4 correspondent à des fractions de produit qui présentent des concentrations de 235UFg de 2,40, 2,93, 3,59% de mole. Les cascades des 3 groupes 210, 220, 230 fournissent une fraction lourde appauvrie en 235UFö théoriquement par un facteur a-3, ce qui correspond, pour a égal à 1,5, à une fraction de déchet ayant une concentration en 235UFô de 0,21% de mole environ.
Une première cascade auxiliaire 252 comporte une entrée 254, une sortie fraction lourde 256 et une sortie de fraction légère 258. Une première conduite 260 d'alimentation de la cascade 252 connecte l'entrée 254 à la conduite 246 de décharge de fraction de produit. Cette conduite 246 est connectée aux sorties de fraction légère 228A-228M des cascades du deuxième groupe 220.
Celui-ci a une capacité suffisante pour fournir au moins assez de fraction légère pour alimenter la première cascade auxiliaire 252. La sortie de fraction lourde 256 de la première cascade auxiliaire 252 est connectée à la première conduite 244 de décharge de fraction lourde au moyen d'une conduite 262 de décharge de fraction lourde de la première cascade auxiliaire. La sortie de fraction légère 258 est connectée à la troisième conduite 248 de décharge de fraction de produit au moyen d'une conduite 264 de décharge de fraction légère de la première cascade auxiliaire 252.
Celle-ci est une cascade d'un seul étage ayant un facteur de séparation a permettant de séparer l'hexafluorure d'uranium en une fraction enrichie en 235UFö théoriquement par un facteur de a0,5 et une fraction appauvrie en 235UFô théoriquement par un facteur de a-0-5. Ainsi la première cascade auxiliaire 252 fournit une fraction légère enrichie par un facteur de a4 environ et une fraction lourde enrichie par un facteur de a3 environ par rapport à l'uranium d'abondance naturelle, lorsqu'il est alimenté en hexafluorure d'uranium à partir de la seconde conduite 246 de
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décharge de fraction de produit, qui contient de l'hexafluorure d'uranium enrichi théoriquement par un facteur de a3'5 par rapport à l'uranium d'abondance naturelle. Ainsi la fraction légère fournie par la première cascade auxiliaire 252 peut être combinée avec la fraction légère fournie par les cascades 232A-232N du troisième groupe 230, et la fraction lourde fournie par la première cascade auxiliaire 252 peut être combinée avec la fraction légère fournie par les cascades 212A-212J du premier groupe 210, sans subir des pertes sensibles dues au mélange.
Le dispositif antérieur 100 d'enrichissement en isotope de la fig. 1 peut être transformé de manière à obtenir un dispositif d'enrichissement en isotope modifié correspondant au dispositif de la fig. 2. Par exemple, la tuyauterie de la cascade 121K du dispositif 100 de la fig. 1 peut être modifiée de manière à obtenir une cascade d'un seul étage ayant le même nombre de centrifugeuses à gaz. Cette cascade est connectée aux conduites 144, 146, 148 de décharge de fraction de produit de la même manière que l'est la première cascade auxiliaire 252 de la fig. 2 aux conduites 244, 246, 248 de décharge de fraction de produit. Les taux auxquels le dispositif ainsi modifié fournit les fractions de produit sont différents des taux correspondants du dispositif antérieur 100: le débit de fraction de produit fournie par le second groupe est réduit tandis que les débits de fraction de produit des premier et troisième groupes sont augmentés. Il est ainsi possible de modifier le profil ou distribution des fractions de produit du dispositif antérieur 100 d'enrichissement en isotope de la fig. 1, en modifiant les interconnexions de la tuyauterie, de manière à obtenir le dispositif 200 de la fig. 2 qui est un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 300 de la fig. 3 comporte un premier groupe 310, un deuxième groupe 320 et un troisième groupe 330. Le groupe 310 comporte des cascades 312A-312J qui comportent des entrées 314A-314J, des sorties de fraction lourde 316A-316J, et des sorties de fraction légère 318A-318J. Le deuxième groupe 320 comporte des cascades 322A-322M qui ont des entrées 324A-324M, des sorties de fraction lourde 326A-326M et des sorties de fraction légère 328A-328M. Le troisième groupe 330 comporte des cascades 332A-332N qui ont des entrées 334A-334N, des sorties de fraction lourde 336A-336N et des sorties de fraction légère 338A-338N. Les entrées 314, 324, 334 sont connectées à une conduite 34 d'alimentation. Les sorties de fraction lourde 316, 326, 336 sont connectées à une conduite 342 de décharge de fraction de déchet. Les sorties de fraction légère 318 du premier groupe 306 sont connectées à une première conduite 344 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 328 du deuxième groupe 320 sont connectées à une deuxième conduite 346 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 338 du troisième groupe 330 sont connectées à une troisième conduite 348 de décharge de fraction de produit. Les trois groupes 310, 320, 330 fournissent des fractions de produit et de déchet de la même composition que les fractions fournies par les groupes correspondants respectifs 210, 220, 230 du dispositif 200 de la fig. 2.
Une deuxième cascade auxiliaire 352 a une entrée 354, une sortie de fraction lourde 356 et une sortie de fraction légère 358. L'entrée 354 de la deuxième cascade auxiliaire 352 est connectée à la troisième conduite 348 de décharge de fraction de produit au moyen d'une conduite 360 d'alimentation de la deuxième cascade auxiliaire 352. Une conduite 362 de décharge de fraction lourde de la deuxième cascade auxiliaire 352 connecte la sortie de la fraction lourde 356 de la cascade 352 à la première conduite 344 de décharge de fraction de produit. La fraction légère fournie par la deuxième cascade auxiliaire 352 peut être extraite au moyen d'une conduite 364 de décharge de fraction légère de la deuxième cascade auxiliaire 352.
Comme la fig. 3 le montre, la deuxième cascade auxiliaire peut séparer l'hexafluorure d'uranium en une fraction légère enrichie en 235UF6 théoriquement par un facteur a et en une fraction lourde appauvrie en 235UF6 théoriquement par un facteur de a -'. Cette cascade 352 peut, par exemple, être une cascade à contre-courant du type one-up/one-down qui présente deux étages d'enrichissement et un étage d'appauvrissement. La cascade 352 produit une fraction légère enrichie par un facteur de a5 environ et une fraction lourde enrichie par un facteur de a3 environ par rapport à l'uranium d'abondance naturelle, lorsqu'elle est alimentée en hexafluorure d'uranium à partir des sorties de fraction légère 338 du troisième groupe 330, qui est enrichi par un facteur de a4 environ par rapport à l'uranium d'abondance naturelle. La fraction lourde ainsi fournie par la deuxième cascade auxiliaire 352 peut être combinée avec la fraction légère fournie par les cascades 312A-312J du premier groupe 310, sans subir de pertes sensibles dues au mélange. La fraction légère d'hexafluorure d'uranium ainsi fournie par cette cascade 352 a une concentration de 235UFô de 5,39% de mole environ, ce qui donne un degré d'enrichissement supérieur à ceux des fractions légères fournies par les trois groupes 310, 320, 330.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 400, que la fig. 4 montre, comporte un premier groupe 410, un deuxième groupe 420 et un troisième groupe 430. Le groupe 410 comporte des cascades 412A-412J qui ont des entrées 414A-414J, des sorties de fraction lourde 416A-416J et des sorties de fraction légère 418A-418J. Le deuxième groupe 420 comporte des cascades 422A-422M qui ont des entrées 424A-424M, des sorties de fraction lourde 426A-426M et des sorties de fraction légère 428A-428M. Le troisième groupe 430 comporte des cascades 432A-432N qui ont des entrées 434A-434N, des sorties de fraction lourde 436A-436N et des sorties de fraction légère 438A-438N. Les entrées 414,424,434 sont connectées à une conduite 440 d'alimentation. Les sorties de fraction lourde 416,426,436 sont connectées à une conduite 442 de décharge de fraction de déchet. Des sorties de fraction légère 418 du premier groupe 410 sont connectées à une première conduite 444 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 428 du deuxième groupe 420 sont connectées à une deuxième conduite 446 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 438 du troisième groupe 430 sont connectées à une troisième conduite 448 de décharge de fraction de produit. Les trois groupes 410, 420,430 fournissent des fractions de produit et de déchet de la même composition que celles des groupes correspondants des dispositifs des fig. 2 et 3.
Une troisième cascade auxiliaire 452 a une entrée 454, une sortie de fraction lourde 456 et une sortie de fraction légère 458. L'entrée 454 de cette cascade 452 est connectée à la première conduite 444 de décharge de fraction de produit au moyen d'une conduite 460 d'alimentation de cette troisième cascade auxiliaire 452. Une conduite 464 de décharge de fraction légère de cette troisième cascade auxiliaire 452 connecte la sortie de fraction légère 458 de cette cascade 452 à la troisième conduite 448 de décharge de fraction de produit. La sortie de fraction lourde 456, de la cascade 452, est connectée au moyen d'une conduite 462 de décharge de fraction lourde de la cascade 452, à la conduite d'alimentation 440 de manière à recycler la fraction lourde d'hexafluorure d'uranium fournie par cette troisième cascade auxiliaire 452 dans les entrées des autres cascades du dispositif 400 de la fig. 4.
Comme cette fig. 4 le montre, la sortie de fraction lourde 456 de la troisième cascade auxiliaire 452 et les sorties de fraction légère 418 des cascades 412 du premier groupe 410 sont des sorties réciproques. La cascade 452 peut séparer de l'hexafluorure d'uranium en une fraction légère enrichie en 235UFô théoriquement par un facteur oc et appauvrie en une fraction lourde 235UFô théoriquement par un facteur de a-3. La troisième cascade auxiliaire 452 est, de préférence, une cascade à contre-courant du type one-up/one-down comportant 2 étages d'enrichissement et 5 étages d'appauvrissement. Chacune des cascades du premier
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groupe 410 comporte 6 étages d'enrichissement, si elle est du même genre à contre-courant du type one-up/one down. Ainsi le nombre des étages d'appauvrissement de la troisième cascade auxiliaire 452 est égal au nombre des étages d'enrichissement moins un des cascades 412 du premier groupe 410 qui alimente cette cascade 452 en hexafluorure d'uranium enrichi. La troisième cascade auxiliaire 452 sépare le fluide d'alimentation en une fraction légère enrichie par un facteur a4 et une fraction lourde qui a une composition pratiquement égale à celle du fluide d'alimentation, lorsque cette cascade 452 est alimentée en hexafluorure d'uranium enrichi par un facteur de a3 environ, par rapport à l'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle à partir du premier groupe 410. Du fait que la concentration de 235UFö, dans la fraction lourde fournie par la cascade 452, est pratiquement égale à celle de l'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle, cette fraction lourde peut être mélangée avec le fluide d'alimentation sans subir de pertes sensibles dues au mélange.
La transformation du dispositif antérieur 100 de la fig. 1, de manière à obtenir le dispositif 400 de la fig. 4 qui est un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, change les débits de production des trois fractions de produit. La concentration moyenne de 235UFô dans les fractions de produit peut, en particulier, augmenter considérablement. Pour obtenir une augmentation maximum de l'enrichissement moyen des fractions de produit à l'aide de cette transformation, la cascade auxiliaire ne présente, de préférence, que des étages peu nombreux. L'augmentation de l'enrichissement moyen implique deux facteurs concurrents : 1) plus le nombre des étages d'enrichissement de la cascade auxiliaire est grand, plus la fraction légère fournie est enrichie, mais, 2) plus le nombre des étages d'enrichissement est grand, moins le débit de fraction légère des cascades de la plupart des types est élevé. Le second de ces facteurs domine dans le cas de la plupart des cascades courantes ayant le même nombre de centrifugeurs à gaz, dans ce sens que le produit du débit de fraction légère et de la concentration de 235UF6 dans la fraction légère est d'autant plus élevé que le nombre des étages d'enrichissement l'est moins, du fait que des étages d'enrichissement moins nombreux amènent des centrifugeurs plus nombreux dans les sections d'appauvrissement, et, par conséquent, une augmentation plus importante de l'enrichissement moyen.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 500 des fig. 5A et 5B comprend un premier groupe 510, un deuxième groupe 520 et un troisième groupe 530. Le premier groupe 510 comporte des cascades 512A-512J qui ont des entrées 514A-514J, des sorties de fraction lourde 516A-516J et des sorties de fraction légère 518A-518J. Le deuxième groupe 520 comporte des cascades 522A-522M qui ont des entrées 524A-524M, des sorties de fraction lourde 526A-526M et des sorties de fraction légère 528A-528M. Le troisième groupe 530 comporte des cascades 532A-532N qui ont des entrées 534A-534N, des sorties de fraction lourde 536A-536N et des sorties de fraction légère 538A-538N. Les entrées 514, 524, 534 sont connectées à une conduite 540 d'alimentation. Les sorties 516, 526, 536 sont connectées à une conduite 542 de décharge de fraction de déchet. Les sorties de fraction légère 518 du premier groupe 510 sont connectées à une première conduite 544 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 528 du deuxième groupe 520 sont connectées à une deuxième conduite 546 de décharge de fraction de produit. Les sorties de fraction légère 538 du troisième groupe 530 sont connectées à une troisième conduite 548 de décharge de fraction de produit. Les trois groupes 510, 520, 530 fournissent des fractions de produit et de déchet de la même composition que celles fournies par les groupes correspondants des dispositifs décrits des figures précédentes.
Une première cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables comporte une entrée 554, une sortie de fraction lourde 556 et une sortie de fraction légère 558. Un orifice principal d'un robinet d'alimentation 570 est connecté à l'entrée 554.
Un premier orifice de dérivation du robinet 570 est connecté à une extrémité d'une conduite 560 d'alimentation en fluide appauvri. Un second orifice de dérivation du robinet 570 est connecté à une extrémité d'une conduite 561 d'alimentation en fluide enrichi. L'autre extrémité de la conduite 560 est connectée à la conduite 540 d'alimentation. L'autre extrémité de la conduite 561 est connectée à la conduite 544. De façon similaire, la sortie de fraction légère 558 est connectée à un robinet à deux voies 572 de fraction légère qui est connecté à une conduite 564 de décharge de fraction légère appauvrie et à une conduite 565 de fraction légère enrichie. La conduite 564 de décharge de fraction légère appauvrie est aussi connectée à la première conduite 544 de décharge de fraction de produit. De la fraction légère enrichie peut être extraite du dispositif 500 à travers la conduite 565. La sortie de fraction lourde 556 de la première cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables est connectée à un robinet à deux voies 574 de décharge de fraction lourde qui est connecté à une conduite 562 de décharge de fraction lourde appauvrie et à une conduite 563 de décharge de fraction lourde enrichie. La conduite 562 est également connectée à la conduite 542 de décharge de fraction de déchet. La conduite 563 est connectée à la conduite d'alimentation 540.
Les robinets à deux voies 570, 572, 574 d'alimentation et de décharge sont représentés, dans les fig. 5A et 5B, schématique-ment par des triangles pleins. La fig. 6A montre un robinet préféré 576 à deux voies et à trois orifices. Une conduite principale 578 pour connecter ce robinet à l'entrée ou à la sortie de la cascade auxiliaire 552, à interconnexions variables, est connecté à une clé 580 de robinet à un orifice principal 581. La clé 580 est également connectée à une conduite de dérivation principale 582 et à une conduite de dérivation secondaire 584 par un orifice de dérivation principal 583 et un orifice de dérivation secondaire 585 respectifs. L'orifice 581 est en communication plus étroite avec l'entrée et la sortie de la cascade auxiliaire 552 que l'un ou l'autre des orifices de dérivation 583, 585. Comme la fig. 6A le montre, la conduite principale 578 communique avec la conduite de dérivation secondaire 584 par un canal 586. Si la clé de robinet 580 est tournée de 90° dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, la conduite principale 578 communique avec la conduite de dérivation principale 582. Seule l'une des deux conduites de dérivation 582, 584 communique avec la conduite principale 578 à un moment donné.
La fig. 6B montre un autre robinet à deux voies consistant en un raccord en forme de T muni d'un robinet d'arrêt à chaque branche du T. La conduite principale 578 peut alternativement être connectée soit à la conduite de dérivation principale 582, soit à la conduite de dérivation secondaire 584, en ouvrant et en fermant un premier robinet 591 et second robinet 592 respectifs, qui sont connectés en série avec les conduites principale et secondaire respectives 582 et 584.
Comme la fig. 5A le montre, la première cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables fournit des fractions légères et lourdes respectives enrichies en 235UFô théoriquement par le même facteur que les fractions fournies par les cascades 512 du groupe 510. Ainsi la cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables fonctionne en parallèle avec la cascade 512 du groupe 510 lorsque les robinets d'alimentation et de décharge 570, 572, 574 connectent l'entrée 554 à la conduite 560 d'alimentation en fluide enrichi, la sortie de fraction légère 558 à la conduite 564 de décharge de fraction légère appauvrie et la sortie de fraction lourde 556 à la conduite 562 de décharge de fraction lourde appauvrie respectivement. La fig. 5A illustre ce mode «appauvri» de fonctionnement du dispositif 500. Selon ce mode de fonctionnement les fractions légères et lourdes fournies par la cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables peuvent être combinées avec les fractions légères et lourdes fournies par le premier groupe 510, sans pertes sensibles dues au mélange.
D'autre part, la fig. 5b illustre le mode «enrichi» selon lequel
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le dispositif 500 fonctionne, quand les robinets à deux voies d'alimentation et de décharge 570, 572, 574 connectent l'entrée 554 de la cascade 552 à la conduite 561, la sortie 558 à la conduite 565 et la sortie 556 à la conduite 563. Dans le diagramme d'écoulement de la fig. 5B, la cascade auxiliaire 552, à interconnexions variables, se trouve dans une position verticale plus élevée que dans la fig. 5A, de manière à indiquer que les mélanges gazeux sont, à son entrée et à ses sorties, plus enrichis et présentent une concentration plus élevée que 235UFô. Ainsi, par exemple, lorsque le dispositif 500 fonctionne selon le mode enrichi, la première cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables est alimentée en hexafluorure d'uranium enrichi en 235UF6 par un facteur théorique de a3 tandis que, lors du fonctionnement selon le mode appauvri, cette cascade 552 est alimentée en hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle.
La sortie de fraction lourde 556, de la première cascade auxiliaire 552 à interconnexions variables, et la sortie de fraction légère 518 des cascades 512 du premier groupe 510 sont des sorties réciproques. Ainsi la fraction lourde fournie par les cascades selon le mode de fonctionnement enrichi de la fig. 5B a théoriquement la même composition que le gaz d'alimentation d'abondance naturelle. La fraction légère fournie par la cascade 552, selon ce mode de fonctionnement, est enrichie en 235UFö par un facteur de a6 environ. Selon son mode de fonctionnement, le dispositif 500 fournit soit trois, soit quatre fractions de produit. La concentration moyenne de 235UFô dans les quatre fractions de produit obtenues selon le mode de fonctionnement enrichi est sensiblement plus élevée que la concentration moyenne dans les trois fractions de produit obtenues selon le mode de fonctionnement appauvri. Les pertes dues au mélange, pratiquement identiques selon les deux modes de fonctionnement, sont très faibles.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 600 de la fig. 7 comporte une seconde cascade auxiliaire 652 à interconnexions variables permettant de fournir le même nombre de fractions de produit selon les deux modes de fonctionnement enrichi et appauvri. Le dispositif 600 comporte des premier, deuxième et troisième groupes 610, 620, 630. L'hexafluorure d'uranium peut être enrichi théoriquement dans le groupe 610 par un facteur de a3, dans le groupe 620 par un facteur de a4-5 et dans le troisième groupe 630 par un facteur de oc6. Les cascades de ces groupes et leurs entrées et sorties sont désignées dans la fig. 7 d'une manière identique à celle des groupes correspondants des dispositifs décrits précédents. Par souci de concision ces désignations ne sont pas énumérées dans ce texte.
Une deuxième cascade auxiliaire 652, à interconnexions variables, comporte une entrée 654, une sortie de fraction lourde 656 et une sortie de fraction légère 658. L'orifice principal d'un robinet à deux voies 670 est connecté à l'entrée 654 de manière à la faire communiquer par deux orifices de dérivation non désignés, avec une conduite 660 d'alimentation en gaz appauvri ou à une conduite 661 d'alimentation en gaz enrichi. La conduite 660 est également connectée à une conduite d'alimentation 640. La conduite 661 est également connectée à une première conduite 644 de décharge de fraction de produit qui, à son tour, est connectée aux sorties de fraction légère des cascades du premier groupe 610. La sortie de fraction légère 658 de la deuxième cascade auxiliaire 652, à interconnexions variables, communique avec un robinet à deux voies 672 de décharge de fraction légère, de manière à la faire communiquer soit avec une conduite 664 de décharge de fraction légère appauvrie, soit avec une conduite 665 de décharge de fraction légère enrichie. La conduite 664 est également connectée à la première conduite 644 de décharge de fraction de produit. La conduite 665 est également connectée à une troisième conduite 648 de décharge de fraction de produit qui, à son tour, est connectée aux sorties de fraction légère des cascades du troisième groupe 630. La sortie de fraction lourde 656 de la cascade 652 est connectée à un robinet à deux voies 674 de décharge de fraction lourde, de manière à faire communiquer la sortie de fraction lourde 656 soit à la conduite 662 de décharge de fraction lourde appauvrie, soit à la conduite 663 de décharge de fraction lourde enrichie. La conduite 662 de décharge de fraction lourde appauvrie est également connectée à une conduite 642 de décharge de fraction de déchet à laquelle les sorties de fraction lourde des cascades des trois groupes 610, 620, 630 sont également connectées. La conduite 663 de décharge de fraction lourde enrichie est connectée à la conduite d'alimentation 640; les robinets de décharge à deux voies 670, 672, 674 peuvent être des robinets du type que les fig. 6A et 6B illustrent.
La deuxième cascade auxiliaire 652, à interconnexions variables, fournit une fraction légère enrichie en 235UFß par un facteur de a3 environ et une fraction lourde appauvrie par un facteur de a-3 environ. Les facteurs d'enrichissement et d'appauvrissement de cette cascade 652 sont théoriquement identiques à ceux des cascades du premier groupe 610. Ainsi, lors du mode de fonctionnement appauvri, non illustré dans la fig. 7, la cascade 652 fonctionne en parallèle aux cascades du premier groupe 610, de manière analogue à celle selon le mode de fonctionnement de la première cascade auxiliaire 552 de la fig. 5A. Selon le mode de fonctionnement enrichi de la fig. 7, les robinets de décharge et d'alimentation à deux voies sont dans la position permettant d'alimenter l'entrée 154 de la cascade 652 en hexafluorure d'uranium enrichi provenant de la fraction légère fournie par le premier 610 et de combiner les fractions légère et lourde fournies par cette cascade 652 avec la fraction légère fournie par le troisième groupe 630 dans la troisième conduite 648 de décharge de fraction de produit et avec l'hexafluorure d'uranium de la conduite d'alimentation 640. La sortie de fraction lourde 656 de la deuxième cascade auxiliaire 652, à interconnexions variables, et les sorties de fraction légère 618, des cascades 612 du premier groupe 610, sont des sorties réciproques. Ainsi le fait de combiner la fraction lourde fournie par la deuxième cascade auxiliaire 652, à interconnexions variables, avec l'hexafluorure d'uranium d'alimentation ne provoque pas de pertes sensibles dues au mélange. De même, le fait de combiner la fraction légère fournie par cette cascade 652 avec la fraction légère fournie par le troisième groupe 630 ne provoque pas non plus de pertes sensibles dues au mélange parce que la cascade 652 enrichit de l'hexafluorure d'uranium enrichi précédemment par un facteur théorique de a3, par un facteur théorique additionnel de a3, de manière à obtenir un facteur théorique global d'enrichissement de a6 environ qui est pratiquement égal au facteur d'enrichissement fourni par les cascades du troisième groupe 630.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 700 de la fig. 8 comporte des premier, deuxième et troisième groupes 710, 720, 730 qui peuvent enrichir de l'hexafluorure d'uranium par les mêmes facteurs que les groupes correspondants du dispositif 600 de la fig. 7. Comme les symboles de référence des cascades de la fig. 7, ceux des cascades des groupes 710, 720, 730 ne sont pas énumérés dans ce texte par souci de concision.
Une troisième cascade auxiliaire 752, à interconnexions variables, comporte une entrée 754, une sortie de fraction lourde 756 et une sortie de fraction légère 758. L'entrée 754 peut communiquer alternativement avec une conduite d'alimentation 740 ou avec une troisième conduite 748 de décharge de fraction de produit, au moyen d'un robinet d'alimentation à deux voies 770 et de conduites 760 et 761 d'alimentation en gaz appauvri et enrichi respectives. Un robinet à deux voies 772 de décharge de fraction légère connecte la sortie de fraction légère 758 soit à une première conduite 744 de décharge de fraction de produit au moyen d'une conduite 764 de décharge de fraction légère appauvrie, soit à une conduite 765 de décharge de fraction légère enrichie à travers laquelle la fraction légère fournie par la cascade 752 peut être extraite selon le mode de fonctionnement enrichi du dispositif 600. La sortie de fraction lourde 756 peut être connectée alternativement au moyen d'un robinet à deux voies 774 de décharge de fraction lourde et de conduites 762 et
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763 de décharge de fraction lourde appauvrie et enrichie à une conduite 742 de décharge de fraction de déchet ou à la première conduite 744 de décharge de fraction de produit. Selon le mode enrichi de fonctionnement que la fig. 8 illustre, le dispositif 700 fournit quatre fractions de produit, dont l'une est la fraction légère fournie par la cascade auxiliaire 752 aux interconnexions variables. Selon le mode de fonctionnement appauvri, non illustré, la cascade 752 fonctionne en parallèle avec les cascades du groupe 710. Selon ce mode de fonctionnement le dispositif 700 fournit trois fractions de produit. L'augmentation de la concentration moyenne de 235UFô dans les fractions de produit lors du passage du mode de fonctionnement appauvri à celui enrichi est relativement petite par rapport à l'augmentation correspondante que fournissent les dispositifs précédents 500 et 600. Bien que l'augmentation de la concentration moyenne de 235UF6 soit ainsi relativement faible, le changement du profil, ou de la distribution, des fractions de produit est cependant considérable, ce qui rend ce dispositif 700 utile pour certaines applications.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 800 de la fig. 9 comporte des premier, deuxième et troisième groupes 810, 820, 830 qui peuvent enrichir de l'hexafluorure d'uranium par des facteurs identiques à ceux des groupes correspondants du dispositif précédent 500. Comme dans le cas du dispositif de la fig. 7, des symboles de référence des cascades de ces groupes 810, 820, 830 et leurs entrées et sorties ne sont pas énumérés dans le texte par souci de concision.
Une quatrième cascade auxiliaire 852, à interconnexions variables, comporte un seul étage, une entrée 854, une sortie de fraction lourde 856 et une sortie de fraction légère 858. L'entrée 854 peut être connectée alternativement à une deuxième ou une troisième conduite 846 ou 848 de décharge de fraction de produit au moyen d'un robinet à deux voies 870 et deux conduites 860 et 861 d'alimentation en gaz appauvri et enrichi respectivement. Un robinet à deux voies 872 de décharge de fraction légère connecte la sortie de fraction légère 858 soit à une troisième conduite 848 de décharge de fraction de produit au moyen d'une conduite 864 de décharge de fraction légère appauvrie, soit à une conduite 865 de décharge de fraction légère enrichie par laquelle la fraction légère fournie par la cascade 852 peut être extraite selon le mode de fonctionnement enrichi du dispositif 800. La sortie de fraction lourde 856 peut être connectée alternativement au moyen d'un robinet à deux voies 874 de décharge de fraction lourde et de conduites 862 et 863 de décharge de fraction lourde enrichie aux première ou seconde conduites 844 ou 846 de décharge de fraction de produit. Selon le mode de fonctionnement appauvri que la fig. 9 illustre, le dispositif 800 peut fournir trois fractions de produit. Selon son mode de fonctionnement enrichi non illustré, il fournit quatre fractions de produit.
Selon une version légèrement modifiée, le dispositif 800 peut comporter un quatrième groupe de cascades fournissant une fraction de produit enrichi théoriquement par un facteur de a4-5 et une fraction de déchet appauvrie théoriquement par un facteur de a-3, la conduite 865 de décharge de fraction légère enrichie étant connectée à la conduite de décharge de fraction légère, connectée elle-même aux sorties de fraction légère des cascades de ce quatrième groupe. Cette version, légèrement modifiée du dispositif 800, fournit quatre fractions de produit indépendamment du mode de fonctionnement de la cascade auxiliaire 852 aux interconnexions variables. Les débits de production des quatre fractions de produit peuvent être variés aisément et sans subir de pertes sensibles dues au mélange en faisant passer le seul étage de la cascade auxiliaire 852, à interconnexions variables, du mode de fonctionnement enrichi, à celui appauvri ou vice versa.
Lors de leur fonctionnement, les dispositifs préférés permettent de séparer continuellement un débit d'alimentation d'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle en au moins quatre courants de fractions de sortie comprenant une fraction de déchet appauvrie en uranium 235 à 0,2% de mole environ et au moins trois fractions de produit enrichies en uranium-235 à 3% de mole environ, utilisable comme combustible pour réacteurs nucléaires. Un courant, ou flux d'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle est introduit dans chaque entrée d'un premier groupe de cascades de centrifugeurs à gaz au moyen d'une conduite d'alimentation. Ces courants sont centrifugés au moyen d'étages d'enrichissement et d'appauvrissement des cascades de manière à obtenir des courants de fraction légère et de fraction lourde. Un premier courant d'une fraction légère de mélange gazeux fourni par le premier groupe de cascades est amené à une première entrée d'une cascade auxiliaire de centrifugeurs à gaz et introduit dans cette cascade. Ce premier courant de fraction légère est centrifugé dans la cascade auxiliaire de manière à le séparer en un courant de fraction auxiliaire légère et un courant de fraction auxiliaire lourde. La fraction molaire d'uranium-235 dans la fraction auxiliaire légère est approximativement égale à la fraction molaire d'uranium-235 dans une fraction de produit, et la fraction molaire d'uranium-235 dans la fraction auxiliaire lourde est approximativement égale à la fraction molaire de l'isotope d'uranium dans une des fractions de produit, la fraction de déchet ou uranium d'abondance naturelle. Un courant de fraction de produit est extrait, au moins partiellement, du courant de fraction auxiliaire légère. Le courant de la fraction de déchet est extrait des courants de fraction lourde fournis par le premier groupe de cascades. Des courants de fractions de produit sont extraits, au moins partiellement, de courants de fraction légère fournis par le premier groupe de cascades. Une grande flexibilité dans la variation du profil des produits fournis par ces dispositifs est ainsi obtenu sans subir de pertes sensibles dues au mélange, du fait que les courants, desquels les courants de fraction de produit et de déchet sont extraits, sont respectivement enrichis et appauvris en uranium-235 jusqu'aux fractions molaires des fractions de produit et de déchets correspondantes.
D'autres modes de réalisation du procédé selon l'invention et du dispositif pour sa mise en œuvre peuvent être préférés pour d'autres applications, en particulier pour des applications impliquant des isotopes nucléaires autres que l'uranium-235 et l'ura-nium-238. Pour certaines applications impliquant de l'uranium ou d'autres isotopes, il peut être avantageux de prévoir une cascade auxiliaire comportant une fraction lourde de mélange gazeux au lieu d'une fraction légère de mélange gazeux, de manière à obtenir une certaine souplesse en ce qui concerne l'enrichissement des fractions de déchet.
Le dispositif d'enrichissement en isotope 900, que la figure illustre, peut fonctionner de façon continue ou par charges discontinues. Ce dispositif 900 comporte un premier, un deuxième et un troisième groupes 910, 920, 930 qui peuvent enrichir de l'hexafluorure d'uranium par des facteurs identiques à ceux des groupes correspondants du dispositif précité 500. Par souci de concision, les symboles de référence des cascades des groupes 910,920, 930 ne sont pas énumérés.
Une cinquième cascade auxiliaire 952, à interconnexions variables, comporte une entrée 954, une sortie de fraction lourde 956 et une sortie de fraction légère 958. La sortie de fraction lourde 956, de la cascade 952 et les sorties de fraction légère 918 de la cascade 912, du premier groupe 910 sont des sorties réciproques. Afin d'obtenir un maximum d'augmentation de la concentration moyenne d'isotope léger dans les fractions de produit, la cascade auxiliaire 952 ne comporte qu'un seul étage d'enrichissement.
Une première conduite 944 de décharge de fraction de produit est connectée à un condensateur 980 pour faire condenser la fraction de produit gazeux à l'état solide ou liquide dans un récipient sous pression 984. Celui-ci est connecté de façon amovible au condensateur 980 au moyen d'une conduite 982. Le condensateur 980 est, de préférence, un compresseur-réfrigérateur permettant de condenser de l'hexafluorure d'uranium à l'état
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12 Tableau I
Cascade Nombre d'étages
Enrich./ Appauvr.
235UF6%demol "Fraction légère b Alimentation c Fraction lourde
Cas 1
Distribution originale des produits
Débit de produits (kg/an)
Fraction de centrifugeur
Cas 2
Distribution des produits modifiée au moyen de cascades auxiliaires Débit de Fraction de produits centrifugeur (kg/an) (%)
Cas 3 (antérieur) Distribution des produits modifiée au moyen de la transformation de la tuyauterie d'interconnexion
Débit de Fraction de produits centrifugeur (kg/an) (%)
A
7/4
a 2,874
71642
25,0
71642
25,0
71642
25,0
b 0,711 c 0,259
B
5/4
a 1,935 b 0,711 c 0,259
256057
45,0
128028
45,0
128028
22,5
C
3/4
a 1,298 b 0,711 c 0,259
417542
30,0
361875
26,0
361875
26,0
D
3/4
3 3,497 b 1,935 c 0,711
0
0,0
56243
4,0
0
0,0
E
8/4
a 3,497 b 0,711 c 0,259
0
0,0
0
0,0
56243
26,5
solide dans un récipient. Des compresseurs-réfrigérateurs de ce genre sont couramment utilisés dans les installations de diffusion gazeuse. L'entrée 954 de la cascade 952 est connectée au moyen d'une conduite 960 à un gazéificateur 981, auquel le récipient sous pression 984 peut être connecté de façon amovible au moyen d'une conduite 983. Le gazéificateur 981 permet de sublimer ou évaporer respectivement la fraction de produit solide ou liquide contenu dans le récipient sous pression 984. Lors de l'utilisation de l'hexafluorure d'uranium, le gazéificateur 981 est, de préférence, un réchauffeur tel celui couramment utilisé dans des installations de diffusion gazeuse pour sublimer de l'hexafluorure d'uranium des cuves collectrices. Selon un procédé comportant les étapes de condenser des fractions de produit du premier groupe dans le récipient sous pression 954 au moyen du condensateur 980, de transporter le récipient 984 jusqu'au gazéificateur 981, de gazéifier au moyen de celui-ci le contenu du récipient 984 et de décharger le contenu gazéifié dans l'entrée 954 de la cinquième cascade auxiliaire 952 aux interconnexions variables, la fraction de produit du premier groupe 910 peut être transportée de celui-ci à l'entrée 954 de la cascade auxiliaire 952 et introduite dans cette entrée 954. Cette manière de transporter une fraction de mélange gazeux d'un premier groupe de cascades à une cascade auxiliaire peut être utilisée dans d'autres modes de réalisation du procédé selon l'invention et des dispositifs pour leur mise en œuvre.
Exemple:
L'exemple numérique du tableau I permet de comparer, d'une part, l'utilisation de cascades auxiliaires selon le présent procédé, de manière à obtenir un changement prédéterminé du profil de produits d'un dispositif antérieur donné d'enrichissement en isotope d'uranium, et d'autre part l'utilisation du procédé antérieur de transformation de tuyauterie d'interconnexion, pour obtenir le même changement de profil de produits. Le tableau I illustre les distributions des débits de produits et des centrifugeurs à gaz selon des différents types de cascades de trois dispositifs dont chacun a un débit total de produit de 106 kg de SWU/an.
Le cas 1 du tableau I est celui d'un dispositif antérieur typique d'enrichissement en isotope d'uranium qui fournit trois fractions 35 au moyen de trois types de cascades: les cascades A de sept étages d'enrichissement, les cascades B de cinq étages d'enrichissement et les cascades C de trois étages d'enrichissement. Toutes les cascades A, B, C ont quatre étages d'appauvrissement et sont alimentées en hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle.
40 Dans le cas 2, la distribution des produits est modifiée en convertissant 13,3% des cascades C du cas 1 en des cascades auxiliaires D. 4% des centrifugeurs du dispositif sont incorporés dans les cascades auxiliaires D. Celles-ci ont le même nombre d'étages d'appauvrissement et d'enrichissement que les cas-45 cades C, mais elles sont alimentées en fraction légère fournie par les cascades B au lieu de l'être en hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle. Les sorties de fraction lourde des cascades auxiliaires D et les sorties de fraction légère des cascades B sont des sorties réciproques, de sorte que le pourcentage molaire de 235UFô so dans la fraction lourde fournie par les cascades auxiliaires D est approximativement égal à 0,711, c'est-à-dire la valeur pour l'uranium d'abondance naturelle. Dans le cas 2, la fraction lourde fournie par les cascades auxiliaires D est combinée avec l'hexafluorure d'uranium d'alimentation d'abondance naturelle et 55 recyclée dans les entrées des cascades A, B et C.
Le cas 3 présente une distribution de produits identiques à celle du cas 2, mais la modification de la distribution de produits est pratiquée en transformant la tuyauterie d'intercommunication des cascades B et C de manière à obtenir des cascades E du 60 tableau I qui ont huit étages d'enrichissement et quatre étages d'appauvrissement. Pour obtenir, selon ce cas 3, la même distribution de produits que celle du cas 2, la tuyauterie d'interconnexion de cascades comprenant 26,5% de tous les centrifugeurs du dispositif a dû être transformée, ce qui représente une opération 65 indésirable en soi, compliquée et coûteuse. Comme exposé ci-dessus, une modification identique de distribution de produits est obtenue selon le présent procédé en actionnant simplement des robinets, de manière à convertir des cascades C, qui ne com-
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prennent que 4% de tous les centrifugeurs du dispositif, en des cascades auxiliaires D.
Selon une version légèrement modifiée du procédé décrit, au lieu d'une seule cascade auxiliaire, plusieurs cascades auxiliaires peuvent être alimentées en mélange gazeux à partir d'un groupe 5 de cascades. Selon une autre version légèrement modifiée du procédé décrit, les cascades auxiliaires à interconnexions variables peuvent présenter trois ou plus de modes alternatifs de fonctionnement, au lieu de n'en présenter que deux. Des mélanges gazeux d'isotopes autres que l'uranium-235 et l'uranium-238 peuvent, d'ailleurs, être séparés, selon d'autres versions légèrement modifiées du procédé décrit.
( Voir page précédente)
R
3 feuilles dessins

Claims (10)

  1. 621 068
    2
    REVENDICATIONS
    1. Procédé pour séparer un courant de mélange gazeux de départ qui contient un composé d'un isotope léger ainsi qu'un composé d'un isotope nucléaire lourd à des concentrations respectives prédéterminées, de manière à obtenir au moins deux fractions dont au moins une fraction de déchet appauvrie et au moins une fraction de produit enrichie en isotope léger à des concentrations respectives prédéterminées, la séparation étant effectuée par centrifugation de gaz dans des cascades de centrifugeurs à gaz, caractérisé par le fait:
    a) d'acheminer le mélange gazeux de départ à l'entrée de chacune des cascades d'un groupe principal de cascades de centrifugeurs à gaz pour l'introduire dans les cascades,
    b) de centrifuger le mélange gazeux de départ introduit dans chaque cascade du groupe principal au moyen d'une pluralité d'étages d'enrichissement et d'une pluralité d'étages d'appauvrissement de la cascade pour le séparer en fractions légère et lourde,
    c) de diriger une première fraction de mélange gazeux produite par le groupe principal de cascades à partir du mélange gazeux de départ vers une entrée d'une cascade auxiliaire de centrifugeurs à gaz de manière à l'introduire dans cette cascade,
    d) de centrifuger cette première fraction au moyen de la cascade auxiliaire de manière à la séparer en une fraction auxiliaire légère et une fraction auxiliaire lourde, la fraction molaire de l'isotope léger dans la fraction auxiliaire légère étant approximativement égale à la fraction molaire d'isotope léger dans une fraction de produit, dans une fraction de déchet ou dans le mélangé gazeux de départ, la fraction molaire de l'isotope léger dans la fraction auxiliaire lourde étant approximativement égale à la fraction molaire de l'isotope léger dans une fraction de produit, dans une fraction de déchet ou dans le mélange gazeux de départ,
    e) d'extraire au moins une partie d'une fraction de sortie de la fraction auxiliaire légère ou de la fraction auxiliaire lourde,
    f) d'extraire au moins une partie d'une fraction de déchet d'au moins une parmi une fraction lourde produite par le groupe principal de cascades, la fraction auxiliaire légère et la fraction auxiliaire lourde, la fraction de mélange gazeux de laquelle la fraction de déchet est au moins partiellement extraite étant appauvrie en isotope léger jusqu'à la fraction molaire dans cette fraction de déchet approximativement, et g) d'extraire au moins une partie d'une fraction de produit d'au moins une parmi une fraction légère produite par le groupe principal de cascades, la fraction auxiliaire légère et la fraction auxiliaire lourde, la fraction de mélange gazeux de laquelle la fraction de produit est au moins partiellement extraite étant enrichie en isotope léger jusqu'à la fraction molaire dans cette fraction de produit.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
    c.l) la première fraction de mélange gazeux est une fraction légère,
    d.l) la fraction molaire de l'isotope léger dans la fraction légère auxiliaire est approximativement égale à la fraction molaire de l'isotope léger dans une fraction de produit, et la fraction molaire de l'isotope léger dans la fraction lourde auxiliaire est approximativement égale à la fraction molaire de l'isotope léger dans une fraction de produit ou dans le mélange gazeux de départ,
    e.l) la fraction de sortie dont au moins une partie est extraite de l'une des fractions auxiliaires légère et lourde est une fraction de produit, et f.l) la fraction de déchet est extraite au moins partiellement d'une fraction lourde produite par le groupe principal de cascades.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange gazeux de départ est de l'hexafluorure d'uranium de richesse naturelle et les fractions de produit et de déchet sont respectivement enrichies et appauvries en uranium-235.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fraction molaire de l'isotope léger dans la fraction auxiliaire lourde est approximativement égale à la fraction molaire de l'isotope léger dans le mélange gazeux de départ.
  5. 5. Installation d'enrichissement isotopique (200, 300,400, 500, 600, 700, 800) pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comportant plusieurs centrifugeurs à gaz, caractérisée par:
    a) un groupe principal de cascades (210, 220,230; 310, 320, 330; 410,420, 430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 710, 720, 730; 810, 820, 830) de centrifugeurs à gaz, chaque cascade (212, 222, 232; 312, 322, 332; 412, 422, 432; 512, 522, 532; 612, 622, 632; 712, 722, 732; 812, 822, 832) comportant plusieurs étages d'enrichissement, plusieurs étages d'appauvrissement, une entrée (214, 224, 234; 314, 324, 334; 414, 424, 434; 514, 524, 534; 614, 624, 634; 714, 724, 734; 814, 824, 834), une sortie de fraction légère (218, 228,238; 318, 328, 338; 418, 428,438; 518, 528, 538; 618, 628, 638; 718, 728, 738; 818, 828, 838) et une sortie de fraction lourde (216, 226, 236; 316, 326, 336; 416, 426,436; 516, 526, 536; 616, 626, 636; 716, 726, 736; 816, 826, 836) pour séparer le mélange gazeux de départ en fractions de mélange gazeux légère et lourde ;
    b) un dispositif d'admission de matière de départ (240; 340; 440; 540; 640; 740; 840) connecté à chaque entrée (214,224, 234;...) du groupe principal de cascades (210, 220, 230;...) pour introduire le mélange gazeux de départ dans chaque entrée (214, 224, 234;...);
    c) un dispositif collecteur de fraction de produit (244,246, 248; 344, 346, 348; 444,446, 448; 544, 546, 548; 644, 646, 648; 744, 746, 748 ; 844, 846, 848) connecté à au moins une sortie de fraction légère (218,228, 238;...) du groupe principal de cascades (210, 220, 230;...) pour soutirer au moins une partie d'au moins une fraction de produit du groupe principal de cascades (210, 220, 230;...);
    d) un dispositif collecteur de déchets (242; 342; 442; 542; 642; 742; 842) connecté à au moins une sortie de fraction lourde (216, 226, 236;...) du groupe principal de cascades (210, 220, 230;...) pour soutirer au moins une partie d'au moins une fraction de déchet du groupe principal de cascades (210, 220, 230;...);
    e) une cascade auxiliaire (252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) ayant une entrée (254; 354; 454; 554; 654; 754; 854), une sortie de fraction légère (258 ; 358 ; 458 ; 558 ; 658 ; 758 ; 858) et une sortie de fraction lourde (256; 356; 456 ; 556; 656; 756; 856);
    f) une première conduite (260; 360; 460; 561 ; 661 ; 761 ; 860/861) connectée entre les sorties (228A-228M; 338A-338N; 418A-418J; 518A-518J; 618A-618J; 738A-738N; 828A-828M/838A-838N) d'une ou plusieurs premières cascades (222A-222M; 332A-332N; 412A-412J; 512A-512J; 612A-612J; 732A-732N; 822A-822M/832A-832N) comprises dans le groupe principal (210, 220, 230;...) et l'entrée (254; 354; 454;...) de la cascade auxiliaire (252; 352; 452;...) pour diriger au moins une partie d'une fraction de mélange gazeux produite par le groupe principal de cascades (210, 220, 230;...) dans la cascade auxiliaire (252; 352; 452;...) pour une nouvelle séparation en une fraction légère et une fraction lourde; et g) un dispositif collecteur auxiliaire (262, 264; 362, 364; 462; 562, 564, 565; 662, 664, 665; 762, 763, 764, 765; 862, 863, 864, 865) connecté à au moins une sortie (256, 258; 356, 358; 458; 556, 558 ; 656, 658 ; 756, 758 ; 856, 858) de la cascade auxiliaire (252; 352; 452; ...) pour soutirer au moins une partie d'une fraction de sortie de la cascade auxiliaire (252; 352; 452;...).
  6. 6. Installation (200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites sorties (228A-228M; 338A-338N; 418A-418J; 518A-518J; 618A-618J; 738A-738N; 828A-828M/838A-838N) des premières cascades (222A-
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    222M; 332A-332N; 412A-412J; 512A-512J; 612A-612J; 732A-732N ; 822A-822M/832A-832N) sont des sorties de fraction légère, la première conduite (260; 360; 460; 561 ; 664; 761 ; 860/861) dirigeant ainsi au moins une partie d'une fraction légère produite par le groupe principal de cascades (210, 220, 230; 310, 320, 330; 410, 420, 430; 510, 520, 530; 610, 620,630; 710, 720, 730; 810, 820, 830) vers la cascade auxiliaire (252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) pour une nouvelle séparation en une fraction légère et une fraction lourde.
  7. 7. Installation (400; 500; 600) selon la revendication 6, caractérisée en ce que chacune desdites sorties (418A-418J; 518A-518J; 618A-618J) des premières cascades (412A-412J; 512A-512J; 612A-612J) et la sortie de fraction lourde (456 ; 556 ; 656) de la cascade auxiliaire sont des sorties réciproques.
  8. 8. Installation (500; 600; 700; 800) selon la revendication 6, caractérisée par:
    h) un premier robinet (570; 670; 770; 870) pour permettre l'écoulement sélectif d'un fluide entre un orifice principal d'une part et, d'autre part, un orifice de déviation principale ou un orifice de déviation secondaire, l'orifice principal et l'orifice de déviation principale étant connectés en série avec la première conduite (561 ; 661 ; 761 ; 860/861), l'orifice principal étant en communication plus étroite avec l'entrée (554; 654; 754; 854) de la cascade auxiliaire (552; 652; 752; 852) qu'avec les orifices de dérivation, et i) une première conduite secondaire (560; 660; 760; 861/860) connectée entre l'orifice de dérivation secondaire du premier robinet (570; 640; 740; 848/846) et une source secondaire (540; 640; 740; 848/846) d'une fraction de mélange gazeux.
  9. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la cascade auxiliaire ne comporte qu'un étage, le dispositif collecteur de fraction de produit du groupe principal de cascades comprend des première, deuxième, troisième et quatrième conduites de décharge de fraction de produit, chacune des conduites de décharge étant connectée à au moins une sortie de fraction légère de cascades du groupe principal de cascades, formant ainsi un sous-groupe d'au moins une cascade, les quatre sous-groupes de cascades étant formés de cascades ayant des nombres différents d'étages d'enrichissement; et en ce que le dispositif collecteur auxiliaire comprend :
    g.l) une deuxième conduite connectée entre la sortie de fraction lourde de la cascade auxiliaire et la première conduite de décharge de fraction de produit,
    g.2) un deuxième robinet pour permettre l'écoulement sélectif d'un fluide entre un orifice principal d'une part et, d'autre part, un orifice de dérivation principal ou un orifice de déviation secondaire, l'orifice principal et l'orifice de déviation principal étant connectés en série avec la deuxième conduite, l'orifice principal étant en communication plus étroite avec la sortie de la cascade auxiliaire qu'avec les orifices de déviation,
    g.3) une deuxième conduite secondaire connectée entre l'orifice de déviation secondaire du deuxième robinet et la deuxième conduite de décharge de fraction de produit,
    g.4) une troisième conduite connectée entre la sortie de fraction légère de la cascade auxiliaire et la troisième conduite de décharge de fraction de produit,
    g.5) un troisième robinet pour permettre l'écoulement sélectif d'un fluide entre un orifice principal d'une part et, d'autre part, un orifice de déviation principal ou un orifice de déviation secondaire, l'orifice principal et l'orifice de déviation principal étant connectés en série avec la troisième conduite, l'orifice principal étant en communication plus étroite avec la sortie de la cascade auxiliaire que les orifices de déviation, et g.6) une troisième conduite secondaire connectée entre l'orifice de déviation secondaire du troisième robinet et la quatrième conduite de décharge de fraction de produit.
  10. 10. Installation d'enrichissement isotopique (400; 500; 600; 900) pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1,
    comportant plusieurs cascades de centrifugeurs à gaz, caractérisée par:
    a) un groupe principal de cascades (410, 420, 430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930) de centrifugeurs à gaz, chaque cascade (412, 422, 432; 512, 522, 532; 612, 622, 632; 912, 922, 932) ayant plusieurs étages d'enrichissement, plusieurs étages d'appauvrissement, une entrée (414, 424, 434; 514, 524, 534; 614, 624, 634; 914, 924, 934), une sortie de fraction légère (418, 428, 438; 518, 528, 538; 618, 828, 638; 918, 928, 938), et une sortie de fraction lourde (416, 426, 436; 516, 526, 536; 616, 626, 636; 916, 926, 936) pour séparer le mélange gazeux de départ en fractions de mélange gazeux légère et lourde;
    b) un dispositif d'admission de matière de départ (440 ; 540; 640; 940) connecté à chaque entrée (414, 424, 434; 514, 524, 534; 614, 624, 634; 914, 924, 934) du groupe principal de cascades (410, 420,430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930) pour introduire le mélange gazeux de départ dans chaque entrée (414, 424, 434; 514, 524, 534; 614, 624, 634; 914, 924, 934);
    c) un dispositif collecteur de fraction de produit (444, 446, 448 ; 544, 546, 548 ; 644, 646, 648 ; 944, 946, 948) connecté à au moins une sortie de fraction légère (418, 428, 438; 518, 528, 538; 618, 628, 638; 918, 928, 938) du groupe principal de cascades (410, 420,430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930) pour soutirer au moins une partie d'une fraction de produit du groupe principal de cascades (410, 420,430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930);
    d) un dispositif collecteur de fraction de déchet (442; 542; 642; 942) connecté à au moins une sortie de fraction lourde (416, 426, 436; 516, 526, 536; 616, 626, 636; 916, 926, 936) du groupe principal de cascades (410, 420, 430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930) pour soutirer au moins une partie d'une fraction de déchet du groupe principal de cascades (410, 420, 430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930);
    e) une cascade auxiliaire (452 ; 552 ; 652 ; 952) ayant une entrée (454; 554; 654; 954), une sortie de fraction légère (458; 558; 658; 958), et une sortie de fraction lourde (456; 556; 656; 956), la sortie de fraction lourde (456; 556; 656; 956) étant une sortie réciproque d'une sortie de fraction légère (418; 518; 618; 918) d'au moins une première cascade (412; 512; 612; 912) du groupe principal (410, 420, 430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930);
    f) un dispositif de transport de mélange d'isotopes (460; 560; 660; 980, 982, 984, 981, 960) pour transporter la fraction légère de mélange d'isotopes desdites sorties (418; 518; 618; 918) des premières cascades (412; 512; 612; 912) à l'entrée (454; 554; 654; 954) de la cascade auxiliaire (452; 552; 652; 952) et la diriger dans l'entrée (454; 554; 654; 954) afin qu'au moins une partie d'une fraction légère de mélange d'isotopes produite par le groupe principal de cascades (410, 420, 430; 510, 520, 530; 610, 620, 630; 910, 920, 930) puisse être encore séparée en une fraction légère et une fraction lourde par la cascade auxiliaire (452; 552; 652; 952);
    g) un dispositif collecteur de fraction de produit auxiliaire (464; 572, 564, 565; 672, 664, 665; 964) connecté à la sortie de fraction légère (458 ; 558 ; 658 ; 958) de la cascade auxiliaire (452; 552; 652; 952) pour soutirer au moins une partie d'une fraction de produit de la cascade auxiliaire (452; 552; 652; 952);
    et h) un dispositif collecteur de matière de départ (462; 574, 563 ; 674, 663 ; 962) connecté aux sorties de fraction lourde (456 ; 556 ; 656 ; 956) de la cascade auxiliaire (452 ; 552 ; 652 ; 952) pour soutirer du mélange gazeux de départ de la cascade auxiliaire (452; 552; 652; 952).
    La séparation de deux isotopes nucléaires de masses légèrement différentes, tels l'uranium-235 et l'uranium-238, exige, en
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    général, des moyens coûteux et beaucoup d'énergie. Bien que des procédés de centrifugation de gaz permettant de produire de l'hexafluorure d'uranium (UFô) enrichi en uranium-235 pour des combustibles de réacteur nucléaire pourraient exiger sensiblement moins d'énergie que les procédés de diffusion de gaz actuellement appliqués, la consommation d'énergie d'un dispositif d'enrichissement en uranium comportant des centrifugeurs à gaz est néanmoins énorme. C'est pourquoi les dispositifs, ou installations d'enrichissement en isotope sont construits de manière à fonctionner aussi efficacement que possible afin de diminuer les frais de consommation d'énergie. Un autre facteur économique important concernant des dispositifs d'enrichissement en isotope est le prix de revient du dispositif. C'est pourquoi des dispositifs, ou installations comportant des centrifugeurs à gaz sont prévus de manière à exiger aussi peu d'équipement que possible eu égard à la nécessité d'un fonctionnement fiable.
    Un centrifugeur pour enrichir un gaz en uranium comporte généralement une entrée dans laquelle de l'hexafluorure d'uranium est introduit, une sortie de fraction légère de laquelle une fraction légère enrichie en 235UFö est extraite et une sortie de fraction lourde de laquelle une fraction lourde appauvrie en 235UF6 est extraite. Un paramètre de performance d'un centrifugeur de ce genre est mesuré par le facteur de séparation a défini par la formule
    XL 1-X„
    a=
    1-XL X„
    dans laquelle Xl signifie la fraction molaire de 235UF6 dans la fraction légère et XH signifie la fraction molaire de 235UHö dans la fraction lourde. Lorsque les fractions molaires Xl et Xjj sont sensiblement inférieures à 1, comme c'est le cas quand de l'hexafluorure d'uranium contenant 3% de mole de 235UFô environ est produit pour des réacteurs utilisant de l'uranium enrichi pour la production d'énergie, le facteur de séparation a est approximativement égal au quotient formé en divisant la fraction molaire de 235UF6 dans la fraction légère par la fraction molaire de 235UFô dans la fraction lourde. La valeur du facteur de séparation oc pour un centrifugeur à gaz déterminé dépend aussi bien de la construction du centrifugeur que de ses conditions de fonctionnement.
    Des facteurs de séparation a des centrifugeurs utilisés actuellement dans les conditions courantes de fonctionnement sont généralement trop bas pour permettre d'enrichir l'hexafluorure d'uranium en uranium-235 en un seul passage, de façon satisfaisante pour son utilisation comme combustible pour un réacteur à uranium enrichi. Cependant il est possible d'enrichir de l'hexafluorure d'uranium progressivement à une concentration d'ura-nium-235 exigée par de tels réacteurs, si un certain nombre de centrifugeurs à gaz sont connectés en série, de manière que la sortie d'un centrifuge alimente l'entrée du suivant. Des centrifugeurs à gaz ainsi interconnectés pour obtenir un produit enrichi en uranium sont appelés des cascades. Une cascade comporte un ou plusieurs étages de centrifugeurs à gaz, le terme étage désignant un groupe de centrifuges connectés en parallèle. Des régulateurs de pression et de débit sont utilisés pour régler le débit d'hexafluorure d'uranium entre les étages et les centrifugeurs à gaz. Les installations pour la production commerciale de produits enrichis en uranium comportent des cascades comprenant des centaines et même des milliers de centrifugeurs à gaz. Les étages d'une cascade sont en général interconnectés de manière que chaque entrée de l'étage soit alimentée en hexafluorure d'uranium provenant des sorties de fraction lourde des étages supérieurs et des sorties de fraction légère des étages inférieurs. Ainsi l'hexafluorure d'uranium passant par la cascade «vers le haut» est progressivement enrichi en uranium-235, tandis que l'hexafluorure d'uranium passant «vers le bas» devient progressivement appauvri en uranium-235. Les étages de ces cascades sont généralement divisés en deux groupes appelés des étages d'enrichissement et des étages d'appauvrissement. Un étage d'enrichissement Bien que le facteur de séparation a d'un centrifugeur à gaz varie quelque peu en fonction de sa position dans la cascade, ses varia-5 tions sont habituellement assez petites pour être négligeables dans le contexte de la compréhension de l'invention. En considérant les coordonnées verticales des sorties de fraction légère 118A-118K ainsi que la conduite 144 de décharge de fraction légère de la fig. 1, celle-ci montre que les cascades du premier groupe 110 io fournissent une fraction de produit enrichi en uranium-235 par un facteur théorique de oc3 par rapport au gaz d'alimentation. Pour un facteur de séparation a égal à 1,5, ceci correspond à une concentration de 235UFö de 2,40% molaire environ. Les cascades du premier groupe 110 fournissent également une fraction de 15 déchet appauvrie en uranium-235 théoriquement par un facteur de a-3, comme l'axe vertical du diagramme d'écoulement de la fig. 1 permet de le constater, ce qui correspond à une concentration de 235UF<5 de 0,21% molaire environ. Un genre de cascade antérieure, appelé cascade à contre-courant du type «one-up/one-20 down», peut enrichir et appauvrir un produit en isotope par ces facteurs. Cette cascade comporte six étages de centrifugeurs ayant des facteurs de séparation égaux à a dans la section d'enrichissement et cinq étages de ces centrifugeurs dans la section d'appauvrissement. D'autres genres de cascades peuvent présenter des 25 nombres différents d'étages dans les deux sections.
    Le dispositif 100 comporte un deuxième groupe de cascades 120 et tin troisième groupe 130. Les cascades 122A-122M du groupe 120 comportent des entrées respectives 124A-124M, des sorties de fraction lourde 126A-126M et des sorties de fraction 30 légère 128A-128M. Les entrées 124A-124M sont connectées à la ligne d'alimentation 140 et les sorties de fraction de déchet 126A-126M sont connectées à la conduite 142 de décharge de fraction de déchet. Les sorties de fraction légère 128A-128M sont connectées à une deuxième conduite 146 de décharge de produit. Les 35 cascades du deuxième groupe 120 fournissent théoriquement une fraction de produit enrichie en uranium-235 par un facteur de a3,5 et une fraction appauvrie en cet isotope par un facteur de a-3. De façon analogue, le troidième groupe 130 fournit une fraction de produit enrichie en uranium-235 par un facteur de a4 et une .40 fraction de déchet ayant une concentration pratiquement identique à celle de la fraction de déchet fournie par les groupes 110 et 120. Les cascades 132A-132N du troisième groupe 130 comportent des entrées 134A-134N connectées à la conduite d'alimentation 140, des sorties de fraction lourde 136A-136N connectées à 45 la conduite 142 de décharge de déchet et des sorties de fraction légère 138A-138N connectées à une troisième conduite 148 de décharge de produit.
    Les cascades des trois groupes 110,120, 130 ont le même nombre d'étages d'appauvrissement et produisent ainsi des frac-50 tions lourdes ayant la même concentration d'uranium-235. La combinaison des fractions de déchet fournies par les trois groupes 110,120, 130 ne provoquent ainsi pas de pertes sensibles dues au mélange. Les groupes de cascades 110, 120, 130 diffèrent cependant en ce qui concerne le nombre des étages d'enrichisse-55 ment. Dans le cas de la cascade à contre-courant du type précité les cascades des premier, deuxième et troisième groupes ont cinq étages d'appauvrissement, tout en ayant 6, 7 et 8 étages respectifs d'enrichissement. Ainsi le dispositif 100, alimenté en hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle par la conduite d'alimenta-60 tion 140, fournit une fraction de déchet qui est extraite par la conduite 142 de décharge de déchet et trois fractions de produit d'uranium enrichi qui sont extraites par les première, deuxième et troisième conduites 144,146,148 de décharge de produit. Le débit auquel une fraction de produit donnée est préparée par le disposi-65 tif 100 dépend du nombre et de la capacité individuelle des cascades dans les groupes correspondants.
    Une demande permanente existe pour des combustibles de réacteurs de concentrations différentes d'uranium-235. Le profil
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    de cette demande pour des combustibles enrichis à des degrés différents change cependant au cours des années. Ce changement est celui dans lequel le gaz d'alimentation est introduit ou déplacé plus haut dans la cascade. Le terme cascade peut désigner dans ce mémoire un seul étage. L'étage d'une cascade à un seul étage est ainsi appelé un étage d'enrichissement conformément à la définition ci-dessus, du fait que du gaz d'alimentation y est introduit.
    Du fait que l'enrichissement de l'hexafluorure d'uranium en uranium-235 est une opération coûteuse, le mélange de deux courants d'hexafluorure d'uranium ayant des degrés d'enrichissement différents représente une dépense indésirable en soi. C'est pourquoi les cascades sont habituellement prévues de manière à minimiser des pertes dues aux opérations de mélange dans la cascade. Des cascades exemptes de mélange pour l'interconnexion de différents types de centrifugeurs à gaz sont décrites par exemple dans le livre de H. R. Pratt, intitulé «Countercurrent Separation Processes», Elsevier Publishing Co., New York (1967) et ne sont pas décrites ici par souci de concision. Des considérations d'ordre économique impliquent cependant que des cascades pour enrichir de l'uranium d'abondance naturelle comportent de préférence plusieurs étages d'appauvrissement. Ainsi en plus de produire une fraction enrichie en uranium-235 au degré nécessaire pour les combustibles de réacteur, les cascades de centrifugeurs à gaz pour enrichir l'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle fournissent également une fraction de déchet appauvrie en 235UFö jusqu'à une concentration prédéterminée habituelle de 0,2-0,35% molaire environ.
    Une installation commerciale d'enrichissement d'uranium fournit en général de l'uranium enrichi en uranium-235 à des degrés variés du fait que des réacteurs différents exigent des combustibles ayant des concentrations sensiblement différentes en uranium-235. Ainsi une installation de cascades à gaz comporte un certain nombre de cascades qui ont des nombres différents d'étages d'enrichissement, de sorte que des produits de concentrations différentes sont préparés lorsque les cascades sont alimentées avec de l'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle.
    La fig. 1 montre un diagramme schématique d'écoulement d'un dispositif antérieur 100 pour enrichir de l'hexafluorure d'uranium d'abondance naturelle. Ce dispositif antérieur 100 est décrit dans la suite en détail afin d'illustrer le diagramme d'écoulement de la fig. 1, du fait que ce type de diagramme est utilisé en connexion avec les dispositifs préférés pour la mise en œuvre de différents modèles de réalisation du procédé selon l'invention. Les lignes verticales épaisses de la fig. 1 représentent des cascades de centrifugeurs à gaz. Les carrés pleins sur l'angle représentent des entrées des cascades et les carrés pleins sur la base, des sorties de celles-ci. Ainsi une cascade 112A comporte une entrée 114A, une sortie de fraction lourde 116A et une sortie de fraction légère 118A. L'entrée 114A de la cascade 112A est connectée à une conduite 140 d'alimentation. La sortie de fraction lourde 116A est connectée à une conduite 142 de décharge de fraction de déchet et la sortie de fraction légère 118A est connectée à une première conduite 144 de décharge de fraction de produit. Plusieurs cascades telles les cascades 112J et 112K sont connectées en parallèle avec la cascade 112A, de manière à former un premier groupe 110 de cascades. Une entrée 114J de la cascade 112J est connectée à la conduite 140 d'alimentation. La sortie de fraction lourde 116J et la sortie de fraction légère 118J sont connectées à la conduite 142 de fraction de déchet et à la première conduite 144 de décharge de fraction de produit. La cascade 112K ainsi que d'autres cascades, non représentées, du groupe 110 sont connectées à la conduite 140 d'alimentation et aux conduites de décharge 142 et 144, de manière analogue à celle des cascades 112A et 112J.
    L'axe vertical du diagramme de la fig. 1 représente la concentration relative de 235UFs par rapport à la concentration de 215 UFe dans le gaz d'alimentation, à une échelle logarithmique à la base égale au facteur de séparation a. Les diagrammes d'écoulement des figures du dessin annexé sont basés sur des centrifugeurs à gaz ayant un facteur de séparation a égal à 1,5. provient partiellement du fait que les réacteurs nucléaires exigent en général des combustibles d'une concentration plus élevée, lors de leur recharge en combustible, que lors de leur mise en marche initiale. Le profil de cette demande se déplacera ainsi vers des concentrations moyennes d'uranium-235 plus élevées, dans la mesure, comme ce sera probablement le cas, où les nouvelles centrales nucléaires sont avant tout les clients d'une nouvelle installation de production d'uranium enrichi. L'évolution technique des réacteurs nucléaires provoquera probablement aussi des changements dans le profil de la demande pour l'uranium enrichi.
    Ces changements du profil de la demande pour l'uranium enrichi créent de sérieux problèmes pour le développement des dispositifs, ou installations d'enrichissement d'uranium. Pour être à même de satisfaire la demande changeante, le dispositif d'enrichissement d'uranium doit pouvoir fournir une variété large de fractions de produit de concentrations d'uranium-235 différentes. De l'hexafluorure d'uranium de concentrations différentes peut être préparé en mélangeant des fractions de produit, de sorte que les changements du profil de la demande pourraient être satisfaits en ajustant les mélanges de produit. Cependant, comme exposé ci-dessus, le mélange des fractions de produit est un gaspillage, du fait que la séparation des isotopes est un procédé très coûteux. De plus, la concentration moyenne des produits enrichis en uranium-235 d'un tel dispositif d'enrichissement ne peut être diminuée qu'en mélangeant une ou plusieurs fractions de produit entre .elles ou avec de l'uranium d'abondance naturelle de la fraction de déchet, ce qui provoque dans tous ces cas des pertes très élevées dues au mélange.
    Une autre manière de changer la concentration des produits d'un dispositif d'enrichissement d'uranium consiste en la redistribution des cascades parmi des différents groupes du dispositif en transformant la tuyauterie d'interconnexion d'un certain nombre de cascades de manière à changer le nombre des étages dans leurs sections d'enrichissement. Pour augmenter la concentration moyenne de 235UFg dans le produit enrichi on peut, par exemple, interconnecter des cascades d'un groupe ayant peu d'étages d'enrichissement avec les cascades ayant plusieurs étages d'enrichissement. Le changement cependant, ne serait-ce que d'un seul étage, du nombre des étages d'enrichissement provoque, dans la plupart des cascades, la nécessité de changer le nombre des centrifugeurs à gaz dans chacun des étages et de modifier les débits d'écoulement d'hexafluorure d'uranium entre tous les étages, de sorte que la transformation de la tuyauterie d'interconnexion d'une cascade importante est une opération compliquée qui implique beaucoup de temps d'arrêt et de dépenses. Les difficultés de la transformation de la tuyauterie d'interconnexion des cascades vont d'ailleurs de pair avec les difficultés posées par le fait que les cascades traitent du matériel radioactif. Si, par exemple, une installation commerciale, qui fournit de l'uranium enrichi pour recharger 40% d'un groupe de réacteurs mais qui doit en fournir trois ans plus tard assez pour en recharger 90%, tentait de satisfaire l'augmentation de la demande en redistribuant les cascades parmi les groupes, la tuyauterie d'interconnexion de 27% des cascades devrait être transformée. Or, la transformation de la tuyauterie de plus d'un quart de toutes les cascades d'une installation d'enrichissement commerciale qui ont traité de l'hexafluorure d'uranium radioactif, est une opération du même ordre de grandeur que celle de la mise en place de la totalité des cascades lors de la construction initiale de l'installation.
    Les procédés antérieurs d'enrichissement en isotope présentent ainsi, en résumé, les inconvénients majeurs d'être peu souples en ce qui concerne la satisfaction d'une demande commerciale variable et d'exiger des opérations indésirables en soi, compliquées et coûteuses lorsque l'adaptation de l'offre à la demande changée devient inévitable.
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