Brevet FR2488811A1 — publié le 19820226

On connut di i férents procédés en vue de séparer ou d'enrichir des mélanges gazeux, en particulier, des mélanges d'isotopes. Pour l'enrichissement de la teneur en isotope U 235r on connalt principalement, dans la pratique, le procédé par diffusion. En outre, on connais également les procédés dits à centrifugeuses de gaz et à tuyères de séparation. Dans ces trois procédés, en raison du faible effet de séparation ou du faible débit, on doit prévoir un grand nombre d'étages de séparation successifs afin d'obtenir l'enrichissement requis. De plus, dans ces procédés connus, l'importante consommation d'énergie et les frais d'investissement élevés constituent des inconvénients. D'après le brevet autrichien 238.697, on connaît un dispositif en vue de séparer ou d'enrichir des mélanges gazeux. Ce dispositif connu comporte un disque tournant à grande vitesse et comportant, pour le mélange, une zone d'alimentation annulaire s'étendant radialement et divisée par au moins une fente radiale d'une tuyère annulaire, cette zone d'alimentation comportant, à la suite de la fente de la tuyère et à peu près dans le plan de celle-ci, une conduite d'évacuation pour la fraction lourde du mélange et, de part et d'autre de la fente de la tuyère, des conduites d'évacuation pour la fraction légère de ce mélange. Toutefois, ce dispositif connu ne s'est pas imposé dans la pratique pour la séparation d'isotopes, en particulier, pour la séparation d'isotopes d'uranium. La présente invention a pour objet de fournir un procédé permettant d'éviter les inconvénients des procédés connus et particulièrement approprié pour l'enri- chissement ou la séparation d'isotopes d'uranium. A cet effet, on prévoit un procédé de séparation ou d'enrichissement de mélanges gazeux, en particulier, de mélanges d'isotopes, en fractions ayant des poids spé cifiques différents, de préférence, pour l'enrichissement d'isotopes U 238 et U 235 en utilisant de l'hexafluorure d'uranium, le mélange gazeux étant accéléré radialement par une centrifugeuse, tandis qu'il est séparé en deux fractions dans la zone de sortie au bord de la centrifu- geuse, ce procédé étant caractérisé en ce que, suivant l'invention, dans la zone de sortie et au bord extérieur de la centrifugeuse, le mélange gazeux est déplacé en un écoulement turbulent à l'intérieur dtune couche limite hors de laquelle se diffuse la fraction lourde du mélange gazeux par suite de l'action conjointe des forces centrimuges résultant de la rotation de la centrifugeuse avec les forces centrifuges agissant par la formation d'un tourbillon sur les zones de turbulence, tandis que la fraction légère du mélange gazeux est dérivée de la couche limite enrichie par cette fraction légère. L'invention concerne également un dispositif pour la réalisation de ce procédé, ce dispositif étant caractérisé en ce que la centrifugeuse comporte au moins un disque tournant à grande vitesse et comportant, pour le mélange gazeux, une zone d'alimentation prétendant radialement, au moins un dispositif de dérivation étant prévu, pour la fraction légère du mélange, à proximité immédiate de la périphérie extérieure de ce disque. Ltinvention sera décrite ci-après de manière plus détaillée en se référant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif suivant l'invention ; la figure 2 représente un disque de centrifu geuse suivant l'invention comportant des canaux stéten- dant radialement, ainsi qu'un dispositif dlévacuation pour le mélange ; la figure 3 est une vue de face détaillée de la zone périphérique du disque selon une forme de réalisation modifiée ; et la figure 4 est une vue en plan de la figure 3. Le dispositif est constitué d'un disque 1 entralné en rotation à grande vitesse dans le sens de la flèche A. A l'intérieur de ce disque 1, sont prévus des canaux radiaux 2 pouvant s'étendre dans plusieurs plans et reliés, dans la zone centrale, à un canal d'alimentation 3 pour le mélange devant etre séparé, Les canaux 2 peuvent être réalisés à peu près sous forme de conduites 2' (figure 2). Le mélange gazeux acheminé par le canal d'alimentation 3 est comprimé dans le disque 1 et il est accéléré dans le sens radial. Lorsque le gaz sort du disque 1, il arrive directement au bord de ce dernier en une couche limite résultant de la détente brusque du gaz comprimé sortant et en raison de la rotation de ce disque 1 donnant lieu à la formation de tourbillons 10. Etant donné que ces tourbillons 10 tournent à grande vitesse, la fraction lourde se diffuse vers ltextérieur, permettant ainsi d'assurer l'aspiration envisagée de la fraction légère dans la zone immédiate de la couche limite via les conduites d'évacuation 4. En figure 3, le disque 1 est constitué de deux plaques 5, 6 entre lesquelles est prévue une zone d-talimen- tation annulaire 8 pour le mélange gazeux. Sur le bord de ce disque 1 est prévu un élargissement 7. Lorsque le mélange sort de cette zone d'alimentation 8, il arrive dans l'élargissement 7 en vue de former des tourbillons 10. Etant donné que ces tourbillons 10 tournent à grande vitesse, la fraction lourde est chassée vers l'extérieur, permettant ainsi de réaliser ltaspiration envisagée du mélange gazeux dans la couche limite via la conduite 9. En prévoyant cet élargissement 7, la formation de tourbillons est essentiellement limitée à la zone de cet élargissement. Le dispositif suivant l'invention fonctionne avantageusement sous vide. En outre, dans le dispositif suivant llinvention, on peut disposer plusieurs disques 1 sur un arbre de façon à réaliser une cascade d'enrichissement. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation ou d'enrichissement de mélanges gazeux, en particulier, de mélanges d'isotopes, en fractions ayant des poids spécifiques différents, de préférence, pour l'enrichissement d'isotopes U 238 et U 235 en utilisant de l'hexafluorure d'uranium, le mélange gazeux étant accéléré radialement par une centrifugeuse, tandis qu'il est séparé en deux fractions dans la zone de sortie au bord de la centrifugeuse, caractérisé en ce que, dans la zone de sortie et au bord extérieur de la centrifugeuse, le mélange gazeux est déplacé en un écoulement turbulent à l'intérieur d'une couche limite hors de laquelle se diffuse la fraction lourde du mélange gazeux par suite de l'action conjointe des forces centrifuges résultant de la rotation de la centrifugeuse avec les forces centrifuges agissant par la formation d'un tourbillon sur les zones de turbulence, tandis que la fraction légère du mélange gazeux est dérivée de la couche limite enrichie par cette fraction légère. 2. Dispositif pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la centrifugeuse comporte au moins un disque (1) tournant à grande vitesse et comportant, pour le mélange gazeux, une zone d'alimentation (2', 8) s'étendant radialement, au moins un dispositif de dérivation (4) étant prévu, pour la fraction légère du mélange, à proximité immédiate de la périphérie extérieure de ce disque. 3. Dispositif suivant la revendication 2, ca ractérisé en ce que le disque comporte deux plaques espacées ltune de l'autre (5, 6) et entre lesquelles est formée la zone d'alimentation (8) s'étendant radialement. 4. Dispositif suivant la revendication 2, ca ractérisé en ce qu'on prévoit des canaux (2') s'étendant radialement dans le disque et par lesquels le mélange est amené dans la zone des bords du disque (1). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des vendications 2 à 4, caractérisé en ce que le disque comporte des élargissements (7) s'étendant radialement sur son bord extérieur et dans lesquels débouchent les ca naux.