Séparation isotopique par laser sur vapeur atomique

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Un essai de séparation isotopique par laser sur vapeur atomique au LLNL. La lumière verte vient d'un laser à vapeur de cuivre, utilisé pour exciter un laser à colorant moléculaire, qui produit la lumière orange.

La séparation isotopique par laser sur vapeur atomique (SILVA) (en anglais, AVLIS, atomic vapor laser isotope separation) est une technique par laquelle un laser accordé est utilisé pour séparer les isotopes de l'uranium, en utilisant l'ionisation sélective par transition hyperfine[1],[2].

Le procédé SILVA a, pour caractéristique, une bonne efficience énergétique, comparable à celle de l'ultracentrifugation gazeuse, un facteur de séparation élevé, et un faible volume de déchets radioactifs.

Une technologie d'inspiration semblable, est la séparation isotopique de molécules par laser (MLIS, molecular laser isotope separation), qui se fonde sur des molécules au lieu de vapeurs atomiques.

Industrialisation[modifier | modifier le code]

Les recherches sur le procédé d'enrichissement de l'uranium par laser ont été menées à partir du milieu des années 1980, en parallèle aux États-Unis (programme Avlis), en France (programme Silva –Séparation Isotopique par Laser de la Vapeur Atomique) et au Japon, en vue de développer une technologie plus compétitive et moins consommatrice d'énergie que la diffusion gazeuse[3].

Le procédé continue d'être en développement dans quelques pays. Il représente un défi spécifique aux contrôles internationaux de non-prolifération[4].

En France, SILVA a été développé par le CEA des années 1980 à 2004. COGEMA a cofinancé les recherches du CEA de 1993 à 2002[3]. 200 kilogrammes d'uranium enrichi à teneur isotopique significative ont été produits en novembre 2003, avec environ une tonne d'Uranium appauvri obtenue parallèlement[5].

Aux États-Unis, dans ce qui a été le plus gros transfert technologique dans l'histoire des États-Unis, le procédé AVLIS a été cédé à la société USEC (United States Enrichment Corporation) pour en faire une exploitation commerciale. Toutefois, après y avoir investi cent millions de dollars, USEC a annoncé (le 9 juin 1999) qu'elle arrêtait ce programme.

On sait à présent que l'Iran a eu un programme SILVA secret. Cependant, l'Iran affirme l'avoir abandonné depuis qu'il a été mis à jour en 2003[6],[7].

Principe[modifier | modifier le code]

Les spectres d'absorption de l'U-235 et de l'U-238 sont légèrement différents, du fait de la structure hyperfine. Par exemple le pic d'absorption de l'U-238 est à 502.74 nanomètres, alors que celui de l'U-235 se situe à 502.73 nm. Le procédé SILVA utilise des lasers accordable, dont la fréquence peut être ajustée précisément, de manière à ce que seul l'U-235 absorbe les photons, ce qui conduit à l'excitation de l'atome et à son ionisation par effet photoélectrochimique.

Le procédé SILVA est constitué par un vaporisateur et un collecteur, et un système laser. Le vaporisateur produit un courant d'uranium gazeux. Le montage généralement employé est à deux étages, et utilise des lasers de trois fréquences différentes (trois couleurs) pour ioniser l'U-235[8] :

  • Un laser accordable à colorant moléculaire sert d'amplificateur optique.
  • Ce laser accordable est excité par un laser à vapeur de cuivre, qui lui transmet la puissance[9],[10],[11].
  • Le laser accordable est par ailleurs traversé par le rayon d'un troisième laser, de faible puissance mais extrêmement stable et précis, qui pilote la fréquence de sortie.

L'U-235 est sélectivement excité par le laser et s'ionise. Les ions sont ensuite déviés vers un collecteur, tandis que les vapeurs neutres d'U-238 traversent le dispositif sans être déviées.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. L. J. Radziemski, R. W. Solarz, and J. A. Paisner (Eds.), Laser Spectroscopy and its Applications (Marcel Dekker, New York, 1987) Chapter 3.
  2. Petr A. Bokhan, Vladimir V. Buchanov, Nikolai V. Fateev, Mikhail M. Kalugin, Mishik A. Kazaryan, Alexander M. Prokhorov, Dmitrij E. Zakrevskii: Laser Isotope Separation in Atomic Vapor. Wiley-VCH, Berlin, août 2006, ISBN 3-527-40621-2
  3. a et b Fin des études du procédé d'enrichissement de l'uranium par laser SILVA, communiqué CEA du 11 janvier 2004.
  4. Charles D. Ferguson et Jack Boureston, « Laser Enrichment: Separation Anxiety », Council on Foreign Relations,‎ mars-avril 2005 (lire en ligne)
  5. « Fin des études du procédé d'enrichissement de l'uranium par laser SILVA », sur www.futura-sciences.com,‎ 11 janvier 2004 (consulté le 2 juin 2011)
  6. Charles D. Ferguson et Jack Boureston, « Focusing on Iran's Laser Enrichment Program » [PDF], FirstWatch International,‎ 17 juin 2004 (consulté le 22 novembre 2010)
  7. Paul Rogers, « Iran's Nuclear Activities », Oxford Research Group,‎ Mars 2006 (lire en ligne)
  8. « "Annex 3": List of Items to Be Reported to IAEA », Iraqwatch.org,‎ 1 mars 2006 (consulté le 22 novembre 2010)
  9. F. J. Duarte and L.W. Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990) Chapter 9.
  10. C. E. Webb, High-power dye lasers pumped by copper vapor lasers, in High Power Dye Lasers, F. J. Duarte (Ed.) (Springer, Berlin, 1991) Chapter 5.
  11. F. J. Duarte, Tunable lasers for atomic vapor laser isotope separation: the Australian contribution, Australian Physics 47(2), 38-40 (2010).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens internes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]