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« Séparation isotopique par laser sur vapeur atomique » : différence entre les versions

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[[File:AVLIS laser.jpg|thumb|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.]]
[[File:AVLIS laser.jpg|thumb|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.]]
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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 [[isotope]]s de l'[[uranium]], en utilisant l'ionisation sélective par transition [[structure hyperfine|hyperfine]]<ref>{{Chapitre |lang=en |prénom1=Léon J. |nom1=Radziemski, |prénom2=Richard W. |nom2=Solarz |prénom3=Jeffrey A. |nom3=Paisner |titre ouvrage=Laser Spectroscopy and its Applications |titre chapitre=Resonnance photoionization spectroscopy |année=1986 |éditeur=Marcel Dekker, New York}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |lang=en |prénom1=Petr A. |nom1=Bokhan |prénom2=Vladimir V. |nom2=Buchanov |et al.=oui |titre=Laser Isotope Separation in Atomic Vapor |éditeur=Wiley-VCH, Berlin |année=2006 |isbn=3-527-40621-2 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=cd-U_tTYUXkC&dq=Laser+Isotope+Separation+in+Atomic+Vapor&hl=fr&source=gbs_navlinks_s}}</ref>.


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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 [[isotope]]s de l'[[uranium]], en utilisant l'ionisation sélective par transition [[structure hyperfine|hyperfine]]<ref>{{Chapitre |lang=en |prénom1=Léon J. |nom1=Radziemski, |prénom2=Richard W. |nom2=Solarz |prénom3=Jeffrey A. |nom3=Paisner |titre ouvrage=Laser Spectroscopy and its Applications |titre chapitre=Resonnance photoionization spectroscopy |année=1986 |éditeur=Marcel Dekker, New York}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage |langue=en |prénom1=Petr A. |nom1=Bokhan |prénom2=Vladimir V. |nom2=Buchanov |et al.=oui |titre=Laser Isotope Separation in Atomic Vapor |éditeur=Wiley-VCH, Berlin |année=2006 |isbn=3-527-40621-2 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=cd-U_tTYUXkC&dq=Laser+Isotope+Separation+in+Atomic+Vapor}}</ref>.
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Le procédé SILVA a, pour caractéristique, une bonne efficience énergétique, comparable à celle de l'[[ultracentrifugation]] [[gaz]]euse, un facteur de séparation élevé, et un faible volume de [[déchets radioactifs]].

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Le procédé SILVA a, pour caractéristique, une bonne efficacité énergétique, comparable à celle de l'[[ultracentrifugation]] [[gaz]]euse, 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.
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.
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Le procédé continue d'être en développement dans quelques pays. Il représente un défi spécifique aux contrôles internationaux de non-prolifération<ref>{{article|nom=Ferguson |prénom=Charles D. |nom2=Boureston |prénom2=Jack |url=http://www.cfr.org/publication/7876/laser_enrichment.html |titre=Laser Enrichment: Separation Anxiety |périodique=Council on Foreign Relations |date=mars-avril 2005 |consulté le=22 novembre 2010}}</ref>.
Le procédé continue d'être en développement dans quelques pays. Il représente un défi spécifique aux contrôles internationaux de non-prolifération<ref>{{article|nom=Ferguson |prénom=Charles D. |nom2=Boureston |prénom2=Jack |url=http://www.cfr.org/publication/7876/laser_enrichment.html |titre=Laser Enrichment: Separation Anxiety |périodique=Council on Foreign Relations |date=mars-avril 2005 |consulté le=22 novembre 2010}}</ref>.


En France, SILVA a été développé par le [[Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives|CEA]] des années 1980 à 2004. COGEMA a cofinancé les recherches du CEA de 1993 à 2002<ref name=futura/>. 200 kilogrammes d'uranium enrichi à teneur isotopique significative ont été produits en novembre 2003, avec environ une tonne d'Uranium appauvri obtenue parallèlement<ref name ="silva">{{Lien web| url =http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/fin-des-etudes-du-procede-denrichissement-de-luranium-par-laser-silva_2998/| titre = Fin des études du procédé d'enrichissement de l'uranium par laser SILVA| auteur = | date =11 janvier 2004 | site =www.futura-sciences.com| éditeur=| consulté le =2 juin 2011}}</ref>.
En France, SILVA a été développé par le [[Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives|CEA]] des années 1980 à 2004. COGEMA a cofinancé les recherches du CEA de 1993 à 2002<ref name=futura/>. 200 kilogrammes d'uranium enrichi à teneur isotopique significative ont été produits en {{date-|novembre 2003}}, avec environ une tonne d'Uranium appauvri obtenue parallèlement<ref name ="silva">{{Lien web| url =http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/fin-des-etudes-du-procede-denrichissement-de-luranium-par-laser-silva_2998/| titre = Fin des études du procédé d'enrichissement de l'uranium par laser SILVA| date =11 janvier 2004 | site =www.futura-sciences.com| consulté le =2 juin 2011}}</ref>.


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.
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 {{date-|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<ref>{{lien web|nom=Ferguson |prénom=Charles D. |nom2=Boureston |prénom2=Jack |url=http://www.iranwatch.org/privateviews/First%20Watch/perspex-fwi-Laser.pdf |titre=Focusing on Iran's Laser Enrichment Program |format=PDF |date=17 juin 2004 |work=FirstWatch International |consulté le=22 novembre 2010}}</ref>{{,}}<ref>{{article|auteur=Paul Rogers |url=http://www.oxfordresearchgroup.org.uk/publications/briefings/IranNuclear.htm |titre=Iran's Nuclear Activities |périodique=Oxford Research Group |date=Mars 2006 |consulté le=22 novembre 2010}}</ref>.
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<ref>{{lien web|nom=Ferguson |prénom=Charles D. |nom2=Boureston |prénom2=Jack |url=http://www.iranwatch.org/privateviews/First%20Watch/perspex-fwi-Laser.pdf |titre=Focusing on Iran's Laser Enrichment Program |format=PDF |date=17 juin 2004 |série=FirstWatch International |consulté le=22 novembre 2010}}</ref>{{,}}<ref>{{article|auteur=Paul Rogers |url=http://www.oxfordresearchgroup.org.uk/publications/briefings/IranNuclear.htm |titre=Iran's Nuclear Activities |périodique=Oxford Research Group |date=Mars 2006 |consulté le=22 novembre 2010}}</ref>.


== Principe ==
== Principe ==
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Le procédé SILVA utilise des lasers accordables, dont la fréquence peut être ajustée précisément, de manière 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 utilise des lasers accordables, dont la fréquence peut être ajustée précisément, de manière 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<ref>{{lien web|url=http://www.iraqwatch.org/controlled/annex3text.htm |titre="Annex 3": List of Items to Be Reported to IAEA |éditeur=Iraqwatch.org |date=1 mars 2006 |consulté le=22 novembre 2010}}</ref> :
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 une chaine laser pour ioniser l'U-235<ref>{{lien web|url=http://www.iraqwatch.org/controlled/annex3text.htm |titre="Annex 3": List of Items to Be Reported to IAEA |éditeur=Iraqwatch.org |date=1 mars 2006 |consulté le=22 novembre 2010}}</ref> :
* Un laser à vapeurs de cuivre fournissant l'énergie optique sous forme de deux longueurs d'onde : 511 et 578 nm.
* 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<ref>[[F. J. Duarte]] and L.W. Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990) Chapter 9.</ref>{{,}}<ref>[[Colin Webb|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.</ref>{{,}}<ref>F. J. Duarte, Tunable lasers for atomic vapor laser isotope separation: the Australian contribution, ''Australian Physics'' '''47'''(2), 38-40 (2010).</ref>.
* Un laser accordable à colorants permettant l'ajustement précis de l'énergie pour ioniser le bon isotope<ref>[[F. J. Duarte]] and L.W. Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990) Chapter 9.</ref>{{,}}<ref>[[Colin Webb|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.</ref>{{,}}<ref>F. J. Duarte, Tunable lasers for atomic vapor laser isotope separation: the Australian contribution, ''Australian Physics'' '''47'''(2), 38-40 (2010).</ref>.
Pour obtenir une raie spectralement fine, le laser à colorant doit travailler à des puissances faibles. Il est constitué de deux miroirs (réfléchissant et semi-refléchissant pour la cavité) et du milieu amplificateur (le colorant pompé). Dans la cavité, entre le miroir arrière et la cellule contenant le colorant, on place un réseau pour l'ajustement précis de la longueur d'onde. Le faisceau laser de bonne qualité (mais peu intense) produit est alors dirigé vers une séries d'amplificateurs (typiquement la même chose que le laser lui même, mais sans la cavité) également pompé par le laser à vapeur de cuivre.
* 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.
L'U-235 est sélectivement excité et ionisé par le laser. Les ions sont ensuite déviés vers un collecteur, tandis que les vapeurs neutres d'U-238 traversent le dispositif sans être déviées.
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 ==
== Notes et références ==

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== Voir aussi ==
== Voir aussi ==

=== Liens internes ===
=== Liens internes ===

* [[Énergie nucléaire]]
* [[Énergie nucléaire]]
* [[Cycle du combustible nucléaire]]
* [[Cycle du combustible nucléaire]]
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=== Liens externes ===
=== Liens externes ===

*[http://www.usec.com/newsroom/newsreleases/usecinc/1999/1999-06-09-usec-inc-suspends-avlis.htm USEC News Release Cancelling AVLIS]
*[http://www.usec.com/newsroom/newsreleases/usecinc/1999/1999-06-09-usec-inc-suspends-avlis.htm USEC News Release Cancelling AVLIS]
*[http://www.iranwatch.org/privateviews/First%20Watch/perspex-fwi-Laser.pdf Report on Iranian AVLIS program]
*[http://www.iranwatch.org/privateviews/First%20Watch/perspex-fwi-Laser.pdf Report on Iranian AVLIS program]
*[http://www.oxfordresearchgroup.org.uk/publications/briefings/IranNuclear.htm Oxford Research Group report on Iran's nuclear activities].
*[http://www.oxfordresearchgroup.org.uk/publications/briefings/IranNuclear.htm Oxford Research Group report on Iran's nuclear activities].
*[http://www.globalsecurity.org/wmd/intro/u-laser.htm Laser isotope separation uranium enrichment]
*[http://www.globalsecurity.org/wmd/intro/u-laser.htm Laser isotope separation uranium enrichment]
*[http://www.osti.gov/bridge/purl.cover.jsp?purl=/10102839-PDTP1e/native/ Overview of Uranium Atomic Vapor Laser Isotope Separation] R.M. Feinburg and R.S. Hargrove. UCRL-ID-114671 August 1993.
*[http://www.osti.gov/bridge/purl.cover.jsp?purl=/10102839-PDTP1e/native/ Overview of Uranium Atomic Vapor Laser Isotope Separation] R.M. Feinburg and R.S. Hargrove. UCRL-ID-114671 August 1993.
*[http://www.llnl.gov/str/Hargrove.html Laser Isotope Separation] page at LLNL
*[http://www.llnl.gov/str/Hargrove.html Laser Isotope Separation] page at LLNL


Dernière version du 15 avril 2024 à 06:27

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Pour les articles homonymes, voir SILVA.

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 efficacité 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

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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 , 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 ) 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

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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 accordables, dont la fréquence peut être ajustée précisément, de manière 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 une chaine laser pour ioniser l'U-235[8] :

  • Un laser à vapeurs de cuivre fournissant l'énergie optique sous forme de deux longueurs d'onde : 511 et 578 nm.
  • Un laser accordable à colorants permettant l'ajustement précis de l'énergie pour ioniser le bon isotope[9],[10],[11].

Pour obtenir une raie spectralement fine, le laser à colorant doit travailler à des puissances faibles. Il est constitué de deux miroirs (réfléchissant et semi-refléchissant pour la cavité) et du milieu amplificateur (le colorant pompé). Dans la cavité, entre le miroir arrière et la cellule contenant le colorant, on place un réseau pour l'ajustement précis de la longueur d'onde. Le faisceau laser de bonne qualité (mais peu intense) produit est alors dirigé vers une séries d'amplificateurs (typiquement la même chose que le laser lui même, mais sans la cavité) également pompé par le laser à vapeur de cuivre.

L'U-235 est sélectivement excité et ionisé par le laser. 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

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  1. ↑ (en) Léon J. Radziemski,, Richard W. Solarz et Jeffrey A. Paisner, « Resonnance photoionization spectroscopy », dans Laser Spectroscopy and its Applications, Marcel Dekker, New York,
  2. ↑ (en) Petr A. Bokhan, Vladimir V. Buchanov et al., Laser Isotope Separation in Atomic Vapor, Wiley-VCH, Berlin, (ISBN 3-527-40621-2, lire en ligne)
  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,‎ (lire en ligne, consulté le )
  5. ↑ « Fin des études du procédé d'enrichissement de l'uranium par laser SILVA », sur www.futura-sciences.com, (consulté le )
  6. ↑ Charles D. Ferguson et Jack Boureston, « Focusing on Iran's Laser Enrichment Program » [PDF], FirstWatch International, (consulté le )
  7. ↑ Paul Rogers, « Iran's Nuclear Activities », Oxford Research Group,‎ (lire en ligne, consulté le )
  8. ↑ « "Annex 3": List of Items to Be Reported to IAEA », Iraqwatch.org, (consulté le )
  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

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Liens internes

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Liens externes

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