Brevet FR2565220A1 — publié le 19851206

BASE DE L'INVENTION. La présente invention concerne un procédé d'enri- chissement de l'hydrogène en au moins un de ses isotopes lourds au moyen de réactions d'échange multiple protium-deu- térium, protium-tritium ou deutérium-tritium entre un pro- ture métallique, en particulier un proture d'alliage métal- lique formé à partir d'une solution solide d'un alliage métallique de structure cubique centrée, contenu dans un lit mobile et de l'hydrogène gazeux alternativement appauvri et enrichi en au moins un de ses isotopes lourds. Les isotopes tritium (T) et deutérium (D) de l'hydrogène (H) présentent un grand intérêt pour ceux qui travaillent dans le domaine de l'énergie nucléaire. Dans le cas de réacteur de fission nucléaire, le deutérium, qui est présent dans l'hydrogène naturel à une concentration de 0,0156 mole pourcent (une partie dans 6410, la proportion naturelle), est un modérateur de certaines réactions nu- cléaires. La présence de tritium dans le composant hydrogène des effluents de réacteurs de fission et dans les usines de retraitement de combustibles exige une manipulation pruden- te, car le tritium, qui n'apparaît qu'à l'état de traces ( à 1 ppm), a une demi-période radiactive de douze ans envi- ron. Dans le cas de réacteurs de fusion et tokamak ou autres"bouteilles magnétiques" utilisés pour des applica- tions exigeant des plasmas à haute température, le tritium et/ou le deutérium constituent des combustibles appropriés. Le terme hydrogène normal ou hydrogène (H) tel 256522O -2- qu'utilisé ici désigne le mélange naturel des isotopes de l'hydrogène ayant un pour numéro atomique. Le deutérium (D) et le tritium (T) désignent les isotopes lourds de l'hydro- gène, et le protium (P) désigne les isot'opes légers de l'hy- S drogène. De plus, le terme métal tel qu'utilisé ici est entendu comme incluant les métaux et les alliages métal- liques. En outre, le terme hydrure métallique englobe les dihydrures et les monohydrures métalliques. L'enrichissement de l'hydrogène normal (H) en ses isotopes lourds par la séparation, la récupération ou le réglage de la teneur de ces derniers s'effectue habituelle- ment par l'électrolyse de l'eau ou par le procédé dit GS (W.P. Bebbington et al., Chem. Eng. Prog. Vol. 55, no 9, 1959, pages 70-78) dans lequel l'échange hydrogène-deutérium a lieu entre de l'eau et du sulfure d'hydrogène. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 711 601 (J.J. Reilly et al.) décrit un procédé de récupération du deutérium et du tritium à partir de l'hydrogène normal qui comprend: l'absorption de l'hydrogène par du vanadium soli- de ce qui produit de l'hydrure de vanadium solide; la sépa- ration des phases gazeuse et solide; la désorption de tout ou partie des isotopes de l'hydrogène dans la phase solide, telle que par chauffage t V solide à une température suffi- sante pour provoquer sa décomposition; et, la récupération des gaz séparés. Des procédés d'absorption-désorption simi- laires sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 075 312 (J. TANAKA et al.) qui utilise divers alliages binaires du titane, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 839 537 (R. J. Charles et al.) qui utilise divers com- posés intermétalliques de métal de transition-terres rares dans un séparateur à cinq étages en cascade; et dans Advan- ces in Chemistry, Vol. 167, (1978), pp. 342-365 (J.F. Lynch et al.) qui utilise le système titane-molybdène. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 178 987 (Bowman et al.) décrit des pompes de chaleur à lit mobile -3- d'hydrure, des pompes de compression ou des systèmes de purification de l'hydrogène dans lesquels on déplace du matériau générateur d'hydrure entre deux zones de réaction. Dans la première zone de réaction, on fournit de la chaleur à une première température pour effectuer la désorption de l'hydrogène de l'hydrure métallique. Le matériau totalement ou partiellement déhydruré ainsi formé est ensuite acheminé vers une seconde zone de réaction o on prélève de la cha- leur à une seconde température pour favoriser l'absorption de l'hydrogène. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 360 505 (J.J. Sheridan et al.) décrit des procédés d'absorption-dé- sorption pour la récupération de l'hydrogène de courants de mélanges de gaz. En mettant en contact un mélange gazeux contenant de l'hydrogène avec un composite intime d'un ma- tériau hydrurable tel que LaNi5 et d'un support inerte tel que du nickel fritté dans des conditions de température et de pression croissantes, le composite intime absorbera de l'hydrogène. La désorptior. de l'hydrogène du composite in- time hydruré s'effectue en réduisant la pression et en uti- lisant la chaleur de formation de lJhydrure pour aider à cette désorption. Cependant, les procédés connus de l'art antérieur qui emploient des hydrures métalliques pour la purification de l'hydrogène ou l'enrichissement d'un courant d'hydrogène gazeux en ses isotopes lourds utilisent un ou plusieurs cycles d'absorption (association) - désorption (dissocia- tion) qui consomment beaucoup d'énergie, et, de ce fait, ne sont pas économiques. La plupart des systèmes métal-hydrogène présentent l'effet dit isotopique normal au voisinage de la température ambiante o le proture est plus stable que le deutérure qui, à son tour, est plus stable que le triture. Cependant, R. H. Wiswall et al., dans Inorganic Chemistry, Volume 11, p. 1691 et suivantes (1972), décrit les effets isotoplques inverses - 4 - de divers systèmes d'hydrures métalliques, tels que VH2, NbH2, (V, Nb)H2 et LaNi5H6, o le deuterure et le triture sont des composés plus stables (c'est-à-dire, des composés ayant une pression de dissociation plus faible) que le proture au voisinage de la température ambiante. On a découvert que l'on pouvait utiliser des métaux présentant cet effet isotopique inverse dans un nouveau procédé d'é- change qui permet de récupérer économiquement les isotopes de l'hydrogène du gaz hydrogène. La présente invention fournit un procédé d'enri- chissement de l'hydrogène en au moins un de ses isotopes lourds, qui comporte les étapes de: a) mise en contact à contre-courant, dans une première zone de réaction à étages multiples, d'un hydrure métallique essentiellement exempt de deutérium et de tritium avec du gaz contenant du protium et l'un au moins du deuté- rium et du tritium,'ce gaz étant constitué de (1) un premier composant gazeux comportant du protium et la proportion naturelle de deutérium et de tritium et de (2) un second composant-gazeux comportant du protium et plus que la pro- portion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium, pendant un temps suffisant pour produire un hydrure métal- lique comportant du protium et au moins un du deuterium et du tritium -en une quantité supérieure à celle qui serait produite par réaction avec de l'hydrogène normal, et un gaz résultant comportant du protium et une quantité moindre que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium en maintenant, dans cette première zone de réaction pendant le contact, une température à -laquelle le proture métallique est moins stable que le deutérure et le tritrure métallique; b) transfert d'hydrure métallique enrichi en au moins un du deutérium et du tritium de cette première zone de réaction vers une seconde zone de réaction à étages mul- tiples, cet hydrure métallique dans cette seconde zone de - réaction étant à une température à laquelle le proture mé- tallique est plus stable que le deutérure métallique et le triture métallique; c) mise en contact à contre-courant, dans cette seconde zone de réaction à étages multiples, de l'hydrure métallique enrichi en au moins un du deutérium et du tritium avec un gaz comprenant du protium et moins que la proportion naturelle de deutérium et de tritium pendant un temps suf- fisant pour produire un hydrure métallique essentiellement exempt de deutérium et de tritium, et un gaz contenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium en maintenant, dans cette seconde zone de réaction pendant le contact, une température à la- quelle le proture métallique est plus stable que le deuté- rure métallique et le triture métallique; d) transfert de cet hydrure métallique essentiel- lement exempt de deutérium et de tritium de cette seconde zone de réaction à étages multiples vers la première zone de réaction à étages multiples; e) soutirage du gaz comprenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium de cette seconde zone de réaction, et récupération d'au moins une partie du gaz comprenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium. Une caractéristique supplémentaire de la présente invention est l'étape de transfert d'une partie du gaz com- prenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium de la seconde zone de réaction à la première zone de réaction pour agir comme le second composant gazeux. Dans une réalisation recommandée, la présente invention utilise comme métal un alliage métallique en solu- tion solide ayant une structure cubique centrée. Sont parti- culièrement importants les alliages métalliques en solution - 6 - solide de NbxVl.x o 0,4 S La figure représente schématiquement une réalisa- tion recommandée de la présente invention pour la séparation de deutérium et/ou de tritium de l'hydrogène. Le procédé de la présente invention utilise des réactions d'échanges multiple protium-deutérium et pro- tium-tritium dans au moins deux zones de réaction à étages multiples. Dans la première zone de réaction à étages multi- ples, on fait passer à contre-courant d'un lit mobile com- prenant un hydrure métallique, de préférence formé à partir d'un alliage métallique en solution solide ayant une struc- ture cubique centrée, essentiellement exempt de deutérure et de triture métallique, un gaz contenant du protium enrichi en deutérium et/ou tritium pendant un temps suffisant pour produire un hydrure métallique comprenant du protium et au moins un du deutérium et du tritium en une quantité supé- rieure à celle qui serait produite par réaction avec l'hy- drogène normal, et un gaz comprenant du protium et moins que la proportion naturelle de deutérium et/ou de tritium. On maintient la température dans la première zone de réaction de sorte que le proture métallique soit moins stable que le deutérure métallique ou le triture métallique. La pression dans la première zone de réaction est maintenue pratiquement constante et à une valeur à laquelle ni le deutérure métal- lique (ou le triture métallique), ni le proture métallique ne se dissocient. L'hydrure métallique enrichi en deutérium et/ou tritium est ensuite amené à une seconde zone de réac- tion à étages multiples, l'hydrure métallique enrichi dans cette seconde zone de réaction étant à une température à laquelle le deutérure métallique et/ou le triture métallique est moins stable que le proture et à une pression à laquelle au moins le proture métallique ne se dissocie pas. Dans la -7- seconde zone de réaction, on met en contact l'hydrure métal- lique enrichi avec un gaz riche en protium pendant un temps suffisant pour effectuer l'échange du deutérium et/ou du tritium avec le protium. Le gaz enrichi en deutérium et/ou en tritium résultant est ensuite soutiré de cette seconde zone de réaction et au moins une partie de ce gaz est trai- tée pour en séparer les isotopes lourds de l'hydrogène (par exemple D20 ou T20). La température dans la première de deux zones de réaction à étages multiples, au moins, est normalement in- férieure à la température de la seconde zone de réaction à étages multiples. On recommande que chaque zone de réaction à étages multiples fonctionne de façon isotherme. En outre, c'est une caractéristique particulière de la présente inven- tion que tous les étages de chaque zone de réaction à étages multiples fonctionnent pratiquement de manière isobare, c'est-à-dire, que la pression dans tous les étages de chaque zone de réaction à étages multiples soit essentiellement constante et essentiellement la meme. Parmi les métaux utiles dans le procédé de la présente invention on peut citer les éléments du groupe Va, le vanadium, le niobium et le tantale. Parmi les alliages métalliques utiles dans la présente invention on peut citer les alliages métalliques en solutinrt solide ayant une struc- ture cubique centrée, telle que, NbxV1.x et (Nbx V1)1 Fe y o 0,4 0,75 et o b est un nombre non-nul dont la valeur est limi- tée par la limite de solubilité de M dans l'alliage en solu- tion solide de structure cubique centrée comme décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique SN 490599, déposée le 2 Mai 1983, et également VlxFex o 0,05 à 0,2. Outre les alliages métalliques indiqués, les sys- tèmes d'alliages ternaires cubiques centrés, tels que (Nb x Vî x)l yTi y, o 0,4 (2) une vitesse d'échange P/D et P/T qui est rapi- de aux températures à la fois supérieure et inférieure à T1. T1 représente ce que l'on appelle la température d'équilibre pour un système d'alliage dominné. Le terme "facteur de séparation (F.S.)" tel qu'u- tilisé ici est défini comme étant le rapport: RH12 F.S. = /Hs) /2 o R est la concentration de l'isotope lourd de l'hydro- gène dans la phase solide, Hsd est la concentration du protium dans la phase solide; R est la concentration de g l'isotope lourd dans la phase gazeuse; H est la concen- tration du protium dans la phase gazeuxe; P est la pres- p sion de dissociation du proture; et PD/T la pression de dissociation du deutérure ou du triture. -9- La valeur de ce rapport est différente pour chaque métal à une température donnée. Pour l'échange P/D et P/T selon la présente invention, les métaux utiles présentent un F.S. qui est supérieur à 1 aux températures supérieures à T1. Plus particulièrement, dans les mêmes conditions, les alliages en solution solide de NbxVl1x ont des facteurs de séparation plus élevés pour la séparation du deutérium et du tritium de l'hydrogène et des vitesses de réaction d'é- change plus rapides que les facteurs de séparation et les vitesses d'échange pour Nb, V ou Ta seuls et, par consé- quent, sont particulièrement utiles. Pour un alliage type NbXVlîX o x - 0,7 et l-x = 0,3, le F.S de D de l'hydro- gène est de 1,97 contre 1,15 pour Nb et 1,67 pour V à 30 C. Les première et seconde zones de réaction à étages multiples de la présente invention peuvent être constituées par tout équipement de conception pratique utile pour con- tenir des lits mobiles tels que ceux décrits dans Chemical Engineering Handbook, John H. Perry, editor, 4ème édition McGraw Hill, New York, 1963, aux parties 16-20 à 16-23, aux parties 20-15, parties 20-42 et parties 20-42 à parties -54; dans "Chemical Engineering Progress" Volume 44 (N 8) pages 575-582 (Août 1948); dans Chemical Engineering, Décembre 1950, pages 106-111; et dans Chemical Engineering, Mai 1953, pages 219-231. On recommande l'équipement à lits mobiles dans lequel les solides sont déplacés par gravité. L'unité d'hypersorption décrite dans Chemical Engineering Progress volume 44 (N 8) aux pages 575-582 est particulière- ment recommandée. On comprendra mieux la présente invention en réfé- rence à la figure 1 qui est utilisée, par exemple, pour la séparation du deutérium du gaz hydrogène. On introduit par la conduite 5 un proture d'alliage métallique en solution solide, MAP, dans une première zone de réaction à étages multiples 3 pour réaliser un lit mobile de MAP. Le fonction- nement et la construction de cette première zone de réaction - 10 - à étages multiples 3 est analogue à une section d'enrichis- sement d'une colonne à distillation o la partie de refroi- dissement de l'unité d'hypersorption mentionnée ci-dessus. Le lit lentement mobile de MAP est mis en contact à contre courant avec un gaz comprenant du protium et du deutérium. On introduit un premier composant gazeux consti- tué de protium et d'une proportion naturelle de deutérium (environ 0,015 moles %) via la conduite 9 dans la première zone de réaction 3 en un endroit le long de la zone de réac- tion (indiqué généralement en 11) o la composition d'hy- drure d'alliage métallique dans la chambre de réaction est en équilibre avec la composition du premier composant gazeux. On maintient la température dans la zone de réaction 3 (dans des conditions pratiquement isobares, P1) en des- sous de T1, o la stabilité du deutérium de l'alliage métallique, MAD, est supérieure à la stabilité de MAP. Au fur et à mesure que les particules de proture d'alliage métallique voyagent à travers la première zone de réaction à étages multiples 3, le proture d'alliage métallique subit une réaction d'échange dans laquelle du protium est remplacé par du deutérium dans l'alliage simultanément avec l'appau- vrissement du gaz en D et l'enrichissement en P. Le gaz résultant, contenant maintenant du protium est moins que la proportion naturelle de deutérium (normalement moins d'en- viron 0,001 mole % de D), est retiré de cette première zone de réaction 3 par une conduite 37, une vanne 33 et les con- duites 19 et 35. L'hydrure d'alliage métallique résultant, enrichi en deutérium par la réaction d'échange, est retiré à une partie inférieure de la zone de réaction 3 au moyen d'une conduite 13 et transporté par tous moyens commodes vers une zone de chauffage 15 o la température est élevée au-dessus d'environ T1 à laquelle le MAP est plus stable que le MAD. L'hydrure d'alliage métallique chauffé, enrichi en deutérium est transporté de la zone de chauffage 15 via une conduite 16 vers une partie supérieure d'une seconde - 11 - zone de réaction à étages multiples 17 (de conception équi- valente à une zone de rectification d'une colonne de distil- lation o la partie de chauffage de l'unité d'hypersorption indiquée précédemment), pour produire un lit mobile d'hy- drure d'alliage métallique enrichi en deutérium. Le lit lentement mobile d'hydrure riche en deutérium est mis en contact à contre-courant avec un gaz contenant du protium et moins que la proportion naturelle de deutérium, ce gaz étant introduit via une conduite 19 à une partie inférieure de la seconde zone de réaction 17. La température dans la seconde zone de réaction 17 est maintenue environ au-dessus de T1 tandis que la pression est maintenue pratiquement à la même pression constante P1 que la première zone de réaction 3. Dans la seconde zone de réaction 17, la concentration en deutérium de l'hydrure métallique est réduite en dessous d'environ 0,002 mole %. On retire de la seconde zone de réaction 17 en un endroit supérieur 21 (généralement indi- qué) via la conduite 23 un gaz résultant comprenant du pro- tium et plus que la proportion naturelle de deutérium (envi- ron 5 à environ 60 moles % de deuterium après un certain nombre de cycles du procédé, normalement environ plus de 20 moles %). Au moins une partie du gaz enrichi en deutérium retirée de la seconde zone de réaction 17 est soutirée via la vanne 25 et la conduite 27 en vue d'un traitement (par exemple conversion en eau loude). Le reste du gaz enrichi en deutérium est recyclé via la conduite 7 vers la partie infé- rieure de la première zone de réaction 3. L'hydrure d'al- liage métallique dans la seconde zone de réaction 17, main- tenant pratiquement exempt de deutérium, est soutiré de la partie inférieure de cette seconde zone de réaction 17 via la conduite 29 et est fourni à une zone de refroidissement 31 o la température de l'hydrure appauvri est diminué à une valeur inférieure à environ Ti. L'hydrure d'alliage métal- lique appauvri en deutérium et refroidi est ensuite soutiré de la zone de refroidissement 31 et recyclé dans la zone de réaction 3. - 12 - On donne ci-après un exemple du nouveau procédé pour un alliage de niobium-vanadium (V0,7Nb0-3) présen- tant une température d'équilibre égale à 154 C (427 K). Cette température d'équilibre représente la température à laquelle le F.S = 1. C'est-à-dire, lorsque F.S = 1, l'échan- ge proture-deutériu. et l'échange deutérure-protiun sont en équilibre (la pression de dissociation du proture -et du deutérure sont égales), En utilisant l'équation Rln P = A(T)1l-b o R = la constante des gaz, P = la pression de dissociation de l'hydrure métallique (en atmosphère), a = l'enthalpie de formation de l'hydrure et b = l'entropie de formation de l'hydrure, on a déterminé expérimentalement que pour le dihydrure de l'alliage V0,7Nbo, 3: ln P 4532,4 + 15,43 et ln =. _5954,4 + 18,76 T o pp = la pression de dissociation du proture (atm.) et P = la pression de dissociation du deutérure (atm). o TABLEAU 1 T C P (atm) P (atm) F.S. 1,622 0,416 1,97 154 123 123 1,00 220 503 794 0,804 Comme le montre le tableau 1, à 30 C la pression doit être maintenue au-dessus de 1,622 atmosphère pour que ni le pro- ture ni le deutérure ne se dissocient. Les pressions à cette température indiquent que le deutérure est plus stable que le proture; c'est-à-dire, la pression requise pour main- tenir le deuté-rure stable est bien moindre que la pression dans la chambre requise pour maintenir le proture stable. - 13 - Par conséquent, le deutérure est plus stable que le proture à 30 C et une réaction d'échange aura lieu dans laquelle le proture métallique sera converti en deutérure métallique selon la réaction générale: 2MP2 + x(l+c) D2 --> 2MP2.xdXDX+2xcPD + x(l-c)P2 1/2 c i +'K ' environ 0,67 à la température ambiante à environ 0,70 à 50 C et, K (égal à environ 3,3 à la tempéra- ture ambiante et à environ 3,8 à 500 C) est la constante d'équilibre entre PD, D2 et P2 de P2 + D2 = 2 PD et est donnée par 2 [P21[D22 A 154 C, la pression de dissociation du deutérure et du proture sont égales. A environ plus de 153 atmo- sphères, ni le deutérure ni le proture ne se dissocient. Cependant, indépendamment de la pression utilisée à cette température le système est en équilibre. A 220 C, la pression de dissociation du deutérure est notablement supérieure à celle du proture. Par consé- quent, le proture est beaucoup plus stable que le deutérure et une réaction d'échange aura lieu entre le deutérure mé- tallique et le convertira en proture métallique. Selon l'in- vention, on maintient la pression à au moins environ 503 atmosphères de sorte qu'au moins le proture ne se dissocie pas et que l'échange ait lieu selon la réaction générale: 2MP2_XDx + x(l+c)P2-----> 2MP2 + 2xcPC + x(l-c)D2. En se basant sur ces calculs le procédé s'effec- tuerait à 30 C et au moins environ 503 atmosphères dans la première chambre de réaction 3 et à environ 220 C et au moins 503 atmosphères dans la seconde chambre de réaction 17. Afin de réduire la pression de fonctionnement du système, on peut modifier l'alliage de vanadium niobium pour y inclure du titane. Le résultat attendu de cet alliage avec du titane sont décrits en liaison avec les tableaux 2 et 3. - 14 - TABLEAU 2 T C (Vo,54Nb0,36Ti0,1) P0(atm) F.S. 0,162 0,103 1,97 154 46,2 46,2 1,00 89,0 109 0,91 220 224 347 0,80 TABLEAU 3 T C (V0,42Nb0,28Ti0,3) P0(atm) F.S. - 30 0,162 0,042 1,96 *154 24,2 24,2 1,00 48,9 24,2 1,00 220 124,7 194 0,80 L'addition de Ti a pour effet de réduire la pres- sion de plateau (dissociation) (une valeur connue pour chaque hydrure métallique) dans la réaction d'échange in- cluant un dihydrure d'alliage métallique. Une réduction de la pression de plateau correspond à une augmentation de l'enthalpie absolue du système (c'est-à-dire de rendre la valeur plus négative). Cette augmentation serait pratique- ment la même pour le proture et le deutérure. Comme l'entro- pie du proture et du deutérure reste constante, la tempéra- ture d'équilibre des alliages ternaires niobium-vanadium-ti- tane restera essentiellement inchangée. Comme illustré au tableau 2, une addition de 10% en poids de Ti réduirait la pression de fonctionnement du système à au moins 224 atmo- sphères. Ceci représente une réduction d'environ 60% de la pression de fonctionnement par suite d'une addition de 10% en poids de Ti. On observe une réduction plus prononcée de la pression de fonctionnement des résultats indiqués au tableau 3 pour une addition de 30% en poids de Ti. Cette addition de 30% en poids de Ti réduirait la pression de fonctionnement du système à au moins 125 atmosphères. - 15 - On peut obtenir d'autres réductions de la pression de fonctionnement en modifiant la réaction d'échange de dihydrure en une réaction d'échange de monohydrure-. Une réduction importante des pressions de fonctionnement aura lieu du fait de la stabilité accrue du monohydrure [c'est-- à-dire que le monohydrure présente une pression de plateau plus faible (dissociation)]. Les réactions générales qui gouvernent la réaction d'échange du monohydrure sont 2MP x(lC)D2--- 2MP -xDx+ 2xcPD + X(l-c)P2 (i) et 2MP.xDx + x(l+c)P2---> 2MP + 2xcPD + x(l-c)D2 (ii) o la réaction (i) a lieu lorsque le deutérure est plus stable que le proture et la réaction (ii) a lieu lorsquel'inverse est vrai. Classiquement, la chambre de réaction 3 serait un cyclindre d'environ 11 m de haut avec un diamètre d'environ 0,5 m. La chambre de réaction 3 serait équivalente dans sa conception interne à la partie de refroidissement de l'unité d'hypersorption indiquée précédemment. Initialement, la chambre de réaction 3 est mise sous pression à la valeur P1 pour le système d'alliage utilisé et on maintient la température en dessous de T1 de telle sorte que la valeur du facteur de séparation soit notablement supérieure à 1. Pour démarrer le système, on ajoute de l'hydrure métallique à la partie supérieure de la chambre de réaction 3. A cet hydrure métallique on ajoute de l'hydrogène. Lorsque l'hy- drure métallique initial traverse le cylindre, on introduit de l'hydrure métallique supplémentaire dans la partie supé- rieure de la chambre de réaction. Lorsque l'hydrure métalli- que traverse le cylindre, il s'enrichit en deutérium et/ou en tritium. L'hydrure enrichi est ensuite retiré de la cham- bre de réaction 3 à un débit réglé. En même temps, l'hydro- gène enrichi en protium est retiré de la partie supérieure de la chambre une partie en étant éliminée et une autre partie en étant introduite dans une partie inférieure de la seconde chambre de réaction 17. 256522O - 16 - La seconde chambre de réaction 17 serait classi- quement d'environ 14 mètres de haut avec un diamètre d'en- viron 0,125 mètres. Lorsque l'hydrure enrichi traverse le cylindre, il s'appauvrit en deutérium et/ou tritium car la température est maintenue au-dessus de la température T1, ce qui produit pour F.S. une valeur inférieure à 1. L'hy- drure métallique appauvri en isotopes lourds est retiré à une partie inférieure de la seconde chambre de réaction 17. Le gaz hydrogène enrichi est retiré à une partie supérieure de cette seconde chambre. A ce moment, le gaz enrichi est transféré vers la première chambre de réaction en étant introduit à la partie inférieure de celle-ci. Une partie du gaz enrichi est retiré du système pour un traitement ulté- rieur tel que la conversion en D20 et/ou T20. l'hydrure métallique appauvri est ensuite transféré vers la première chambre de réaction. A cet étage du procédé, le matériau solide dans le système fonctionne essentiellement en boucle fermée. Lorsqu'on poursuit le cycle du système, le degré d'énrichissement du gaz hydrogène en deutérium et/ou tri- tium s'accroit du fait de l'alimentation constante en gaz hydrogène du système. Cet enrichissement est réglé par la quantité de gaz retiré par la conduite 27 pour le traitement ultérieur et par les paramètres de base du procédé. Comme noté auparavant, après un certain nombre de cycles le degré d'enrichissement peut se trouver entre environ 5 et 60 moles pourcent de deutérium-et/ou de tritium. De ce qui précède, il est évident pour l'homme de l'art que le procédé de séparation de deutérium du tritium utilise des étapes similaires à celles du procédé mentionné précédemment. On peut effectuer une détermination des va- leurs de la relation RlnP = a(T)-l-b par expérimentation de routine. - 17 REVENDICATIONS 1. Procédé d'enrichissement de l'hydrogène en au moins un de ses isotopes lourds, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) mise en contact à contre-courant, dans une première zone de réaction à étages multiples, d'un hydrure métallique essentiellement exempt de deutérium et de tritium avec du gaz contenant du protium et l'un au moins du deuté- rium et du tritium, ce gaz étant constitué de (1) un premier composant gazeux comportant du protium et la proportion naturelle de deutérium et de tritium et de (2) un second composant gazeux comportant du protium et plus que la pro- portion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium, pendant un temps suffisant pour produire un hydrure métal- lique comportant du protium et au moins un du deutérium et du tritium en une quantité supérieure à celle qui serait produite par réaction avec de l'hydrogène normal, et un gaz résultant comportant du protium et une quantité moindre que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium en maintenant, dans cette première zone de réaction pendant le contact, une température à laquelle le proture métallique est moins stable que le deutérure et le tritrure métallique; b) transfert de l'hydrure métallique enrichi en au moins un du deutérium et du tritium de cette première zone de réaction vers une seconde zone de réaction à étages mul- tiples, cet hydrure métallique dans cette seconde zone de réaction étant à une température à laquelle le proture mé- tallique est plus stable que le deutérure métallique et le triture métallique; c) mise en contact à contre-courant, dans cette seconde zone de réaction à étages multiples, de l'hydrure métallique enrichi en au moins un du deutérium et du tritium avec un gaz comprenant du protium et moins que la proportion naturelle de deutérium et de tritium pendant un temps suf- - 18 - fisant pour produire un hydrure métallique essentiellement exempt de deutérium et de tritium, et un gaz contenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium en maintenant, dans cette seconde zone de réaction pendant le contact, une température à la- quelle le proture métallique est plus stable que le deuté- rure métallique et le triture métallique; d) transfert de cet hydrure métallique essentiel- lement exempt de deutérium et de tritium de cette seconde zone de réaction à étages multiples vers la première zone de réaction à étages multiples; e) soutirage du gaz comprenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium de cette seconde zone de réaction, et récupération d'au moins une partie du gaz comprenant du protium et plus que la proportion naturelle d'au moins un du deutérium et du tritium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde zones de réaction à étages mutiples contiennent des lits mobiles d'hydrure métallique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrure métallique est formé à partir d'un al- liage en solution solide à structure cubique centrée choisi dans le groupe comprenant NbxVlx, (NbxV-x)l-y Fey, (Nb1-xVa)l-y Tiy, (Vix Tix)ly Fey et V x Fex. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le reste du courant gazeux comprenant du protium et plus que la proportion naturelle de tritium est retiré, converti en oxydes correspondants et séparé en au moins l'un de D20 et T20, et H20. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un gaz comprenant du protium et la proportion natu- relle de deutérium et de tritium est introduit dans la pre- mière zone de réaction à étages multiples en un endroit o la concentration en protium, deutérium et tritium dans l'hy,. - 19 - drure métallique est en équilibre avec la concentration en protium, deutérium et tritium dans le gaz. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape d'introduction du second composant gazeux dans la première zone de réaction à une partie inférieure de cette première zone de réaction. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de transfert du gaz résultant à la seconde zone de réaction pour la mettre en contact à contre-courant à l'hydrure métallique enrichi. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de fourniture, comme second composant gazeux, d'au moins une partie du gaz sou- tiré de la seconde zone de réaction. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de refroidissement du proture métallique avant la fourniture de ce proture métallique à la première zone de réaction et le chauffage de l'hydrure métallique enrichi avant la fourniture de cet hydrure métallique enrichi à la seconde zone de réaction. 10. Appareil pour l'enrichissement du gaz hydro- gène en au moins un de ses isotopes lourds caractérisé en ce qu'il comprend: a) une première chambre de réaction à étages mul- tiples (3) b) une source d'hydrogène associée à cette pre- mière chambre à étages multiples; c) un premier moyen de communication (5) avec la première chambre de réaction à étages multiples pour alimen- ter cette première chambre de réaction en proture métallique; d) un second moyen de communication (13) avec la première chambre de réaction) pour en soutirer l'hydrure métallique enrichi; e) un troisième moyen de communication (7) avec la première chambre de réaction à étages multiples pour fournir - 20 - de l'hydrogène enrichi à cette première chambre de réaction; f) un quatrième moyen de communication (37, 33, 19, 35) avec la première chambre de réaction à étages multi- ples pour 'soutirer l'hydrogène appauvri de cette première chambre de réaction. g) une seconde chambre de réaction à étages multi- ples (17); h) un cinquième moyen de communication (16) avec la seconde chambre de réaction pour alimenter cette seconde chambre de réaction en hydrure métallique enrichi, le pre- mier et le cinquième moyen communiquant entre eux pour ali- menter la seconde chambre de réaction avec l'hydrure métal- lique enrichi soutiré de la première chambre de réaction; i) un sixième moyen de communication (29) avec la seconde chambre de réaction à étages multiples pour soutirer le proture métallique de cette seconde chambre de réaction, le second moyen et le sixième moyen communiquant entre eux pour alimenter la première chambre de réaction avec le pro- ture métallique retiré de la seconde chambre de réaction; j) un septième moyen de communication (19) avec la seconde chambre de réaction pour alimenter cette seconde chambre de réaction en hydrogène appauvri;-et, k) un huitième moyen de communication (27) avec la seconde chambre de réaction à étages multiples pour en sou- tirer et récupérer l'hydrogène enrichi.