FR2975920A1 - Procede et dispositif pour la separation d'isotopes a partir d'un ecoulement gazeux - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif pour la séparation isotopique d'au moins deux différents isotopes d'un corps sous forme gazeuse, comporte les étapes suivantes : • Convertir sous forme d'un gaz le corps d'intérêt contenant l'isotope recherché ; • Créer un flux à vitesse supersonique dudit gaz, à écoulement du type laminaire ou légèrement turbulent ; • Inhiber la nucléation d'un des isotopologues au moyen d'un laser ; • Ioniser les molécules et les agrégats de molécules dudit gaz par un laser ou un faisceau d'électrons ; • Soumettre les molécules et agrégats de molécules ionisés à un champ électromagnétique, pour faire migrer les molécules et agrégats ionisées d'un des isotopologues vers l'extérieur du flux ; • Récupérer la partie du flux gazeux présentant la concentration la plus élevée en molécules ionisées contenant l'isotope recherché.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA SEPARATION D'ISOTOPES A PARTIR D'UN ECOULEMENT GAZEUX La présente invention concerne un procédé, et un dispositif pour sa mise en oeuvre, destiné à séparer dans un mélange gazeux au moins un composé isotopique de l'autre ou des autres contenus dans ledit mélange.

1 o Plus particulièrement, l'invention vise la séparation d'isotopes stables d'un même corps, afin d'en isoler un pour ses propriétés et caractéristiques qui le rende attractif selon les applications et utilisations envisagées.

Il existe plusieurs méthodes de séparation qui sont pour la plupart 15 opérationnelles, basées sur d'une part la conversion sous forme de gaz du corps, et d'autre part la différence de poids atomique entre les isotopes.

L'invention concerne les méthodes dans lesquelles le gaz, après mélange 20 éventuel avec un autre gaz, à savoir un gaz inerte comme de l'hélium, de l'argon ou de l'azote, passe dans un dispositif apte à créer un flux gazeux à vitesse supersonique qui est soumis à des moyens d'excitation et de modification chimique ou physique comme les lasers ou les faisceaux électroniques affectant davantage l'isotope recherché que l'autre ou les 25 autres. Ensuite, les isotopes ainsi modifiés sous forme gazeuse sont, après ionisation, séparés par des moyens électromagnétiques qui assurent une migration d'un des isotopes à l'extérieur du flux gazeux aboutissant à l'enrichissement de l'isotope recherché.

30 Généralement, le flux gazeux est engendré par une tuyère, comme par exemple une tuyère dite de Laval, et les moyens d'excitation et de modification sont des lasers ou des faisceaux électroniques.

A titre d'exemple, le composé gazeux peut être du SF6, UF6, ou WF6, 35 MoF6. Dans le cas de l'uranium, l'isotope recherché est alors l'U235 ; dans5 le cas du soufre, l'isotope recherché est S34 et dans le cas du molybdène, l'isotope recherché est Mo99

Ainsi, le but de ces méthodes est d'enrichir en isotope recherché la partie du flux gazeux externe ou interne après séparation.

Les méthodes et dispositifs de séparation isotopique doivent concilier des contraintes contradictoires.

1 o En effet, ils doivent à la fois : - Consommer le moins d'énergie possible - Présenter un encombrement minimal - Permettre d'obtenir des taux d'enrichissement (teneur en isotope recherché) les plus élevés possibles 15 - Utiliser des quantités de gaz, donc de corps de départ, les plus faibles possibles en fonction de la quantité finale de produit enrichi désiré à un taux d'enrichissement déterminé.

Les procédés et dispositifs connus sont encore très loin d'optimiser le 20 travail nécessaire à la séparation des espèces isotopiques. Du fait des faibles taux d'enrichissement en un seul passage du gaz dans les dispositifs communs comme les centrifugeuses, les installations doivent être conçues de manière sérielle pour obtenir des taux d'enrichissement acceptable. Ceci implique des installations de grande taille, et présentant 25 une forte consommation d'énergie par rapport au travail thermodynamique minimal nécessaire à l'enrichissement. Le brevet FR 2 370 506 décrit un exemple de telles installations.

D'autres procédés ou dispositifs, comme celui décrit dans le brevet 30 américain US 4 119 509, conduisent à un régime d'écoulement qui n'est pas compatible avec la séparation efficace des isotopes. En effet, ce dispositif ne permet pas d'inhiber la diffusion qui entraîne un mélange des isotopologues dans les flux gazeux, limitant fortement l'efficacité de ce procédé.

L'invention propose un procédé et un dispositif qui constituent une avancée significative dans le domaine concerné, en permettant une séparation isotopique à haut rendement, avec des quantités de gaz et une énergie raisonnables, à l'aide d'une installation de taille réduite.

A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la séparation isotopique d'au moins deux différents isotopes d'un corps sous forme gazeuse, comporte les étapes suivantes : - Convertir sous forme d'un gaz le corps d'intérêt contenant l'isotope recherché ; - Créer un flux dudit gaz, à écoulement du type laminaire ou légèrement turbulent ; - Inhiber la nucléation d'un des isotopologues au moyen d'un laser ; - Ioniser les molécules et les agrégats de molécules dudit gaz par un laser ou un faisceau d'électrons ; - Soumettre les molécules et agrégats de molécules ionisés à un champ électromagnétique, pour faire migrer les molécules et agrégats ionisés d'un des isotopologues vers l'extérieur du flux ; - Récupérer la partie du flux gazeux présentant la concentration la plus élevée en molécules initialement ionisées contenant l'isotope recherché.

L'étape de récupération des ions est réalisée de préférence avec recombinaison des ions.

Le gaz est par exemple du SF6, UF6 ou MoF6.

Les molécules sont excitées par vibrations à l'aide d'au moins un laser, 3o par exemple du type CO2 dans le cas d'un gaz UF6.

Le gaz est mélangé à au moins un premier gaz inerte, comme de l'hélium ou de l'argon.

Le flux gazeux présente une vitesse supersonique.

Avantageusement, le moyen de création de l'écoulement laminaire ou légèrement turbulent est une tuyère, du type tuyère de Laval, de préférence à géométrie plane comportant : - Des parois amont en forme de convergent ; - un col à section parallélépipédique à la sortie du convergent amont ; - un conduit divergent abouté au col, pourvu d'une section dite de 1 o sortie, la sortie correspondant à la partie évasée du conduit divergent.

On alimente la tuyère avec un écoulement gazeux comprenant d'une part un jet central ou intérieur formé d'un mélange du gaz à traiter et d'un 15 premier autre gaz, à savoir un gaz inerte, et d'autre part un jet périphérique ou extérieur formé d'un second autre gaz, à savoir un gaz inerte.

Les deux jets sont sensiblement isolés l'un de l'autre. Dans le cas d'une 20 tuyère de révolution, les deux jets sont concentriques.

Les premier et second gaz inertes peuvent être les mêmes, et sont choisis parmi l'hélium, l'azote, l'argon, l'hydrogène.

25 L'alimentation de la tuyère est réalisée par l'intermédiaire d'une chambre alimentée en gaz, et pourvue : - d'une paroi de sortie correspondant au convergent amont de la tuyère - d'un déflecteur interne à parois convergentes, sensiblement concentrique audit convergent amont de la tuyère, et à distance de celui- 30 Ci.

Le déflecteur interne est situé en amont du col de la tuyère ou bien se prolonge en aval jusqu'à celui-ci.

Un mélange dudit gaz et d'un premier gaz inerte circule dans la partie intérieure du déflecteur et un écoulement d'un second gaz inerte est prévu entre le déflecteur et le convergent de la tuyère. Ces deux gaz sont indépendants et proviennent de deux réservoirs séparés. Après détente dans le divergent de la tuyère, on fait migrer une partie des isotopes présents de l'écoulement intérieur vers l'écoulement extérieur.

La tuyère est généralement de forme plane de manière à augmenter le 10 rendement du procédé par la minimisation du flux massique des espèces passant dans les couches limites et la maximisation du flux massique des espèces passant dans le coeur isentropique où se produit l'absorption sélective du rayonnement laser.

15 La tuyère peut présenter les exemples de dimensions suivants : - Rayon de courbure du convergent de la tuyère : 260 mm - Rayon de courbure du déflecteur interne : 250 mm - Hauteur du col : 100 mm - Longueur du divergent aval 2000 à 3000 mm 20 - Largeur de la section de sortie du divergent : 1200 mm

La section de sortie du déflecteur interne est positionnée au niveau du col de la tuyère ou décalée de quelques millimètres en amont dudit col.

25 Ces dimensions correspondent à une vitesse de Mach 4, qui elle-même correspond à une température de 40°K au coeur de l'écoulement. Ceci permet une sélectivité correcte de l'absorption du rayonnement laser et donc garantit un taux d'enrichissement élevé.

30 La largeur de la section de sortie du conduit est comprise entre 5 et 20 fois la largeur du col et de préférence proche de 7 fois la largeur du col.

La longueur du conduit divergent est au moins de 2000 mm et/ou comprise entre 20 et 30 fois la hauteur du col.5 Dans le cas d'une forme de révolution, la tuyère présente les exemples de dimensions suivants lorsqu'elle est de révolution : - Diamètre de courbure du déflecteur : 250 mm - Diamètre de courbure du déflecteur interne : 250 mm - Diamètre du col : 100 mm - Longueur du divergent aval 1680 mm - Diamètre de la section de sortie du conduit : 340 mm

1 o Le diamètre de la section de sortie du conduit est compris entre 3 fois et 6 fois le diamètre du col, et de préférence entre 3 fois et 4 fois

La longueur du conduit divergent est au moins de 1300 mm, et/ou comprise entre 13 fois et 30 fois le diamètre du col. 15 Que ce soit dans le cas d'une tuyère plane ou d'une tuyère de révolution, la vitesse de diffusion Vd est très inférieure à la vitesse moyenne Vq dans la section considérée de la tuyère Vd = D/e, avec « D » coefficient de diffusion et « e » la distance séparant les parois en regard des déflecteurs 20 externe et interne.

Des moyens pour inhiber ou réduire les phénomènes de nucléation des molécules du flux gazeux, sont prévus dans le conduit ou dans l'écoulement extérieur à la tuyère, et de préférence, lesdits moyens 25 comportent au moins un laser, par exemple du type à infrarouge, dont la direction lumineuse est transversale au flux gazeux.

Des moyens de refroidissement peuvent être utilisés afin de réduire la viscosité des gaz en parois et donc le débit du gaz inerte porteur. Ces 30 moyens de refroidissement donnent des températures du flux gazeux entre 4°K et 80°K, et de préférence entre 4 °K et 10 °K.

Le procédé est basé sur l'uniformité de l'écoulement en son coeur ce qui signifie que les conditions de pression et de température restent inchangées dans le sens de l'écoulement sur des longueurs de quelques mètres et transversalement sur plusieurs dizaines de centimètres. Les formes des tuyères décrites permettent de valider ces conditions.

L'invention sera bien comprise à la lumière de la description qui suit se rapportant à des exemples illustratifs mais non limitatifs, en regard des figures dans lesquelles :

La figure 1 est un schéma de principe de deux des éléments du dispositif 1 o de l'invention, à savoir : - Une chambre amont alimentée en deux flux de gaz séparés, respectivement interne et externe provenant de deux réservoirs sources séparés, et en aval de cette chambre - Une tuyère du type dite de Laval ; La figure 2 est vue schématique en perspective de l'ensemble du dispositif de l'invention ;

La figure 3 est un schéma en coupe du moyen de « pompage 20 différentiel » ;

La figure 4 est un schéma en coupe d'un exemple de tuyère.

La figure 5 est une coupe schématique partielle, dans un plan vertical, de 25 l'amont de la tuyère et des déflecteurs ;

La figure 6 est une courbe montrant de façon schématique les variations de concentration des agrégats en fonction du nombre de molécules dans les agrégats avec et sans laser infra rouge, obtenues en aval du faisceau 30 laser.

On a représenté sur la figure 1 une vue schématique de principe de deux éléments du dispositif de l'invention correspondant chacun à une étape du procédé de l'invention. 15 La description qui suit se réfère à une application particulière, donnée à titre illustratif mais non limitatif, de la séparation isotopique de deux isotopes de l'uranium, à savoir U235 et [238, à partir d'un composé gazeux de l'uranium, UF6.

Il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ce type de composé et peut être appliquée à un autre mélange gazeux, par exemple SF6.

1 o Le dispositif de l'invention tel que décrit ci-dessous en regard des figures, vise à réaliser une séparation par enrichissement isotopique, des deux isotopes, pour utilisation de celui recherché tel que U235

Les notions « d'amont » et « d'aval » se réfèrent à la direction 15 d'écoulement des gaz circulant et contenant l'isotope recherché.

Le dispositif réalise un écoulement du gaz à vitesse supersonique à l'aide d'un dispositif appelé tuyère de Laval, référencée 1, constitué d'un caisson à section transversale (transversalement à l'écoulement gazeux) 20 rectangulaire aplatie, de hauteur de l'ordre de 1000 mm et de largeur de l'ordre de 1000 mm.

La tuyère 1 comporte une section amont d'alimentation 1A, une section centrale 1B et une section aval 1 C. La section amont 1A comporte un convergent à section arrondie comprenant des plaques arrondies supérieure 3A et inférieure 3B.

La section centrale 1B est constituée d'un col formé de deux plaques 30 parallèles supérieure 4A et inférieure 4B.

La section aval 1C de la tuyère comporte deux plaques planes supérieure 5A et inférieure 5B formant un divergent. 25 Il est entendu que les sections amont 1A, centrale 1B et aval 1C comportent aussi chacune des parois verticales sur les côtés, mais qui ne sont pas visibles sur la coupe schématique de la figure 1.

En amont de la tuyère 1 est prévu un dispositif 6 d'alimentation de la tuyère en gaz destiné à être traité, et plus particulièrement de manière à engendrer un jet de mélange de gaz présentant des caractéristiques particulières dans la tuyère 1.

Le dispositif d'alimentation comporte une chambre 6, par exemple parallélépipédique, pourvue d'une ouverture de sortie constituée par le convergent à section arrondie 3A, 3B de la section amont 1A de la tuyère

A l'intérieur de la chambre 6 est prévu un déflecteur 7 formé de deux plaques courbes respectivement supérieure 7A et inférieure 7B.

Chaque plaque déflectrice 7A, 7B comporte successivement : - une partie amont convergente, formée de deux plaques respectives supérieure 8A et inférieure 8B - une partie aval divergente, formée de deux plaques respectives supérieure 9A et inférieure 9B.

Les plaques convergentes 8B, 8B ont des courbures très proches ou similaires à celles des plaques amont 3A et 3B qui forment à la fois l'entrée de la tuyère 1 et la sortie de la chambre 6. La distance séparant les plaques 8A, 8B des plaques 3A, 3B est de préférence constante. Les plaques sont soudées bord à bord. Des détails sont donnés ci-après au regard de la figure 4. Chaque plaque présente une forme courbe pourvue d'un point d'inflexion correspondant à la jonction de la partie amont avec la partie aval.

La chambre 6 est alimentée : - d'une part en gaz à traiter, tel que UF6 , mélangé à un premier autre gaz, ou gaz tampon, tel que de l'hélium ou de l'hydrogène par exemple, dans l'espace intérieur du déflecteur 7 ; - d'autre part en un second autre gaz, tel que de l'hélium, dans l'espace entre les parois respectives du déflecteur et de la chambre ;

Ces deux flux gazeux proviennent de deux réservoirs sources séparés (non représentés et connus en eux-mêmes) et les déflecteurs 7A et 7B 1 o sont conçus de façon que lesdits gaz ne se mélangent pas avant le col de la tuyère.

L'ensemble des gaz issus de la chambre 6 pénètre dans la tuyère 1 par le col 4A, 4B. 15 Le jet de gaz issu de la tuyère 1 pénètre dans une chambre de détente aval (non représentée sur les figures 1 et 2 et visible sur la figure 3). Dans cette chambre de détente, le jet de gaz est soumis à des moyens d'excitation (par laser) et des moyens d'ionisation (par laser), lesdits 20 moyens d'excitation n'étant pas représentés sur la figure 1 et représentés sur la figure 2.

Ensuite, le flux gazeux passe au travers d'un dispositif de déviation magnétique (non représentés et décrits en regard de la figure 2), pour 25 dévier les molécules de gaz recherché tel que par exemple U235 et enrichir le centre du flux en molécules de gaz sans intérêt ou de moindre intérêt.

Sur la figure 2 on a représenté en perspective l'ensemble du dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé, sous forme 30 schématique et reprenant certains des éléments de la figure 1.

La chambre 6 et le déflecteur 7 visent à engendrer un écoulement à vitesse supersonique dans la tuyère, sous la forme d'un jet central, de forme planaire ou de révolution, suivant la géométrie de la tuyère, entouré d'un jet dit périphérique annulaire, comme décrit ci après.

La chambre 6 est représentée par un cube de manière schématique, comprenant des parois supérieure 11, inférieure 12, latérales 13 et 14, frontale 15 (en aval) et arrière 15A (amont).

Selon un mode préféré, les parois divergentes 5A et 5B de la tuyère sont refroidies par cryogénie, à l'aide de moyens connus en eux-mêmes tels 1 o que des conduits 16 et 17 connectés à une circuiterie de circulation de fluide cryogénique et débouchant dans les parois 5A, 5B, la source de liquide cryogénique n'étant pas représentée et connue en elle-même..

A la sortie de la tuyère 1 sont prévus des dispositifs aptes à exciter les 15 particules du mélange gazeux sortant de la tuyère. Ces moyens sont par exemple des lasers du type infrarouge connus en eux-mêmes et référencés 18.

Le flux de gaz, après l'étape d'excitation, passe au travers de moyens 20 d'ionisation 19 constitués de faisceaux d'électrons ou de lasers à excimère, c'est-à-dire un laser à gaz mélangé avec un halogène. Sous l'effet d'une stimulation électroqie, se forme un excimère qui en retombant à son état fondamental, émet un rayonnement laser de longueur d'onde déterminée. Ce type de laser permet d'atteindre à l'heure actuelle dans 25 l'ultra violet du vide (longueurs d'onde inférieures à 200 nm.

Ensuite, le flux de gaz pénètre dans un ensemble de séparation isotopique 20 basé sur les propriétés de diffusion forcée sous champs électromagnétiques des composés du mélange gazeux. Le dispositif de séparation magnétique 20 comporte deux plaques rectangulaires 21 et 22 de polarités respectives « - » et « + », parallèles à la direction de l'écoulement gazeux, ainsi que deux aimants supra conducteurs 23 et 24 de formes annulaire et connus en eux-mêmes, et 30 situés de part et d'autre du jet, suivant deux plans parallèles, et transversaux aux plaques polarisées 21 et 22.

A la sortie du dispositif de séparation magnétique 20, est prévu un dispositif 10 de diffusion dit « à pompage différentiel », relié en aval à des pompes (connues en elles mêmes et non représentées), par la flèche d'écoulement 25.

Le dispositif 10 est décrit en regard de la figure 3, et comporte deux 1 o conduits de pompage séparés 10A et 10 B et un diffuseur central 10C. Le rôle du diffuseur central est de permettre une recompression du flux gazeux et donc l'utilisation de pompe de taille inférieure. Le pompage dit « différentiel » est créé par des pompes différentes en aval des flèches d'écoulement 25 et 26, ce qui permet de maintenir efficacement la basse 15 pression requise pour une bonne qualité d'écoulement à vitesse supersonique. Le pompage en aval de la flèche d'écoulement 26 aspire le surplus du flux dans les couches limites de l'écoulement à l'extérieur du diffuseur 10C.

20 La figure 4 montre de façon schématique et à plus grande échelle la tuyère et sa chambre amont 6. Les éléments communs avec la représentation de la figure 1 portent les mêmes références.

Dans la chambre 6, la flèche « f » représente la direction d'écoulement du 25 mélange interne SF6 et le gaz tampon (He). Les flèches « g » et « g' » représentent l'écoulement externe d'hélium.

La forme de la tuyère et ses dimensions sont calculées sur la base des éléments et paramètres suivants : température, pression, nature et 30 proportion des gaz mélangés (dans la partie d'introduction de la chambre amont 6 de la tuyère, par exemple SF6 plus gaz tampon).

La figure 5 donne un exemple particulier, non limitatif, de dimensions de la tuyère.

Les parois déflectrices convergentes aval 9A et 9B présentent un rayon de courbure R1 de 26 mm, tandis que les parois 4A et 4B convergentes amont de la tuyère présentent un rayon de courbure de R2 de 25 mm. Le col 4A, 4B de la tuyère présente une dimension « h » en hauteur, transversalement à l'écoulement, de l'ordre de 10 mm.

La distance séparant les plaques déflectrices convergentes 9A, 9B du convergent 3A, 3B de la tuyère 1 est la plus faible possible, de l'ordre de 1 o h/10, tout autre paramètre étant égal. Enfin, la distance « I », suivant la direction d'écoulement, entre l'extrémité aval des plaques déflectrices 9A et 9B d'une part, et le début du col 3A, 3B d'autre part, est par exemple de 18 mm.

15 On peut en variante (non représentée) réaliser la tuyère et le déflecteur amont (dans la chambre 6) sous la forme d'un corps de révolution (par exemple conique) dont l'axe correspond à la direction de l'écoulement du flux gazeux.

20 La tuyère présente une forme et des dimensions telles : - que l'écoulement en aval du col présente une vitesse supérieure à Mach 2, et de préférence de l'ordre de Mach 3 ou 4 ; et - qu'il n'y ait pas de diffusion depuis l'écoulement extérieur « E » vers l'écoulement intérieur « I » dans la tuyère, entre les parois 25 divergentes 5A, 5B, les deux écoulements étant délimités par deux surfaces inférieure et supérieure symbolisées en pointillés « a » et « b » sur la figure 4.

Le débit total de gaz périphérique (hélium) à l'extérieur des deux parois 30 déflectrices 9A et 9B, et du mélange du gaz à traiter avec le gaz tampon, est réparti, en sortie aval de la tuyère, c'est-à-dire à l'extrémité des plaques divergentes 5A, 5B, de manière que : - débit écoulement central = débit total x 0.85 - débit partie annulaire extérieure de l'écoulement = débit total x 0.15 environ

Le refroidissement par cryogénie des parois du divergent 5A, 5B de la tuyère, avec de l'hélium liquide par exemple, permet de réduire et diminuer de façon très sensible les débits massiques du flux de gaz traité.

Les propriétés de l'écoulement intérieur « I » autour de l'axe central de la tuyère sont telles qu'il n'y ait pas de diffusion entre l'écoulement extérieur « E » et ledit écoulement intérieur « I », et que la viscosité de l'écoulement soit nulle.

Le but est de faire en sorte que les isotopologues recherchés soient évacués vers l'écoulement extérieur, et ce grâce au moins en partie, à la diffusion forcée sous champ magnétique des particules après ionisation par les moyens d'ionisation 19 (figure 2).

L'un des intérêts et l'une des particularité de l'invention est d'utiliser les ions pour la séparation du fait que les ions peuvent acquérir facilement, sous l'action de champ électromagnétique, une vitesse moyenne d'ensemble du même ordre de grandeur que la vitesse moyenne de l'écoulement.

Les calculs de la forme et des dimensions des parois du séparateur, sont réalisés à partir des lignes de courants de façon que les séparateurs suivent les lignes de courant.

Selon une particularité du procédé de l'invention, à l'intérieur du jet, entre lignes de courant parallèles, la diffusion moléculaire naturelle est 30 considérée comme négligeable.

Le dispositif d'ionisation comporte deux types de sources : un laser IR infra rouge et qui est destiné à exciter l'un des deux isotopologues, en l'occurrence 32SF6 ou 34SF6. La densité du laser de gaz à ioniser est de l'ordre de 1014 /cm3. Des faisceaux d'électrons ou des lasers à excimère destinés à l'ionisation.

Le laser IR inhibe la nucléation de l'espèce « excitée » à quelques %.

La nucléation entraîne une augmentation de la section efficace des agrégats et une diminution de leur concentration volumique.

L'iospotologue 34SF6 est excité et donc moins agrégé que l'autre isopotologue (32SF6). Les monomères de 34SF6 sont ainsi plus fortement déviés par les moyens électromagnétiques disposés en aval du fait de leur plus faible masse.

Le 32SF6 est statistiquement plus agrégé, donc présente plus d'agrégats que cet isopotologue. Par conséquent, le champ électromagnétique aval influence moins le 32SF6. Ce dernier aura donc moins tendance à « sortir du jet ».

A noter que le laser IR d'excitation n'est pas strictement nécessaire mais est prévu dans une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention. L'intérêt du laser IR est d'augmenter la différenciation entre 34SF6 et 32SF6 par inhibition de l'agrégation des monomères.

La figure 6 est une courbe montrant les variations de façon schématique les variations de concentration des agrégats en fonction du nombre de molécules dans les agrégats avec et sans laser infra rouge, obtenues en aval du faisceau laser. Sur cette figure, on peut voir que la formation des agrégats de 32SF6 n'est pratiquement pas inhibée alors qu'elle l'est fortement pour 34SF6. Le but est que la taille des agrégats de 34SF6, reliée directement au nombre de molécules N par agrégat, leur permettent de sortir du jet sous l'action du champ électromagnétique.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour la séparation isotopique d'au moins deux différents isotopes d'un corps sous forme gazeuse, comportant les étapes suivantes : - Convertir sous forme d'un gaz le corps d'intérêt contenant l'isotope recherché ; - Créer un flux à vitesse supersonique dudit gaz, à écoulement du 1 o type laminaire ou légèrement turbulent ; - Inhiber la nucléation d'un des isotopologues au moyen d'un laser ; - Ioniser les molécules et les agrégats de molécules dudit gaz ; - Soumettre les molécules et agrégats de molécules ionisés à un champ électromagnétique, pour faire migrer les molécules et agrégats 15 ionisés d'un des isotopologues vers l'extérieur du flux ; - Récupérer la partie du flux gazeux présentant la concentration la plus élevée en isotope recherché. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est 20 par exemple du SF6, UF6 ou MoF6. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les molécules sont ionisées par au moins un laser ou un faisceau d'électrons, par exemple un laser du type excimère dans le cas d'un gaz 25 UF6. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est mélangé à au moins un premier gaz inerte, comme de l'hélium ou de l'argon ou de l'hydrogène. 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flux gazeux présente une vitesse supersonique. 306 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de création de l'écoulement laminaire ou légèrement turbulent est une tuyère, du type tuyère de Laval à géométrie plane, et comportant : - une paroi externe amont en forme de convergent dont l'entrée correspond à la partie évasée et la paroi présente de préférence une section en arc de cercle ; - un col parallélépipédique à la sortie de la paroi amont externe ; - un conduit divergent abouté au col parallélépipédique, pourvu d'une section dite de sortie, la sortie correspondant à la partie évasée du 1 o conduit divergent. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on alimente la tuyère avec un écoulement gazeux comprenant d'une part un jet central ou intérieur formé d'un mélange du gaz à traiter et d'un premier autre gaz, 15 à savoir un gaz inerte, et d'autre part un jet périphérique ou extérieur formé d'un second autre gaz, à savoir un gaz inerte, les réservoirs sources du premier mélange de gaz et du second autre gaz étant séparés. 20 8 Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'alimentation de la tuyère est réalisée par l'intermédiaire d'une chambre alimentée en gaz, et pourvue : - d'une paroi de sortie correspondant au convergent amont de la tuyère - d'un déflecteur convergent interne, sensiblement concentrique audit 25 convergent amont de la tuyère, et à distance de celui-ci. 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux jets sont sensiblement isolés l'un de l'autre et sont concentriques et en ce que les premier et second gaz inertes sont les mêmes, et sont choisis parmi 30 l'hélium, l'azote, l'argon, l'hydrogène. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le déflecteur interne est situé en amont du col de la tuyère ou bien se prolonge en aval jusqu'à celui-ci.11 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un mélange dudit gaz et d'un premier gaz inerte circule dans la partie intérieure du déflecteur et un écoulement d'un second gaz inerte est prévu entre le déflecteur et le convergent de la tuyère. 12 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la section ouverte aval du déflecteur interne est située en amont dudit col ou bien se prolonge en aval jusqu'à celui-ci. 13 Procédé selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'un mélange dudit gaz et d'un premier gaz inerte circule dans la partie intérieure du déflecteur interne, et un écoulement de second gaz inerte est prévu entre la paroi externe convergente et le déflecteur interne. 14 Procédé selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que l'on fait migrer une partie des isotopes présents de l'écoulement intérieur vers l'écoulement extérieur. 20 15 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que la tuyère présente les dimensions suivantes : - Rayon de courbure du convergent de la tuyère : 260 mm - Rayon de courbure du déflecteur interne : 250 mm 25 ^ Largeur du col : 100 mm - Longueur du conduit aval 2000 à 3000 mm - Largeur de la section de sortie de conduit : 1200 mm. 16 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des 30 revendications 6 à 14, caractérisé en ce que la largeur de la section de sortie de la tuyère est comprise entre 5 et 20 fois la largeur du col et de préférence proche de 7 fois la largeur du col, et en ce que la longueur du conduit est au moins de 2000 mm et/ou comprise entre 20 et 30 fois la largeur du col. 1517 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que la tuyère présente une forme de révolution, et présente les dimensions suivantes : - Diamètre de courbure du déflecteur externe : 250 mm - Diamètre de courbure du déflecteur interne : .. 250 mm - Diamètre du col : 100 mm - Longueur du conduit aval 1680 mm - Diamètre de la section de sortie du conduit : ... 340.... mm 18 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé en que le diamètre de la section de sortie de la tuyère est compris entre 3 fois et 6 fois le diamètre du col, et de préférence entre 3 fois et 4 fois, et en ce que la longueur du conduit est au moins de 1300 mm, et/ou comprise entre 13 fois et 30 fois le diamètre du col. 19 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que la vitesse de diffusion Vd de l'écoulement dans la tuyère est très inférieure à la vitesse Vq vitesse moyenne dans la section considérée de la tuyère Vd = D/e, avec « D » coefficient de diffusion et « e » la distance séparant les parois en regard des déflecteurs externe et interne. 20 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour inhiber ou réduire les phénomènes de nucléation des molécules du flux gazeux, comportant au moins un laser, par exemple du type à infrarouge, dont la direction lumineuse est transversale au flux gazeux. 3o 21 Dispositif selon l'une des revendications 15 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement des parois de la tuyère.