Brevet FR2635698A1 — publié le 19900302

La présente invention concerne une installation de séparation d'isotopes composée d'un grand nombre d'unités couplées en parallèle en des étages d'enrichissement qui sqnt à leur tour couplés en série en des cascades, ces unités étant reliées individuellement à des conduites d'équilibrage ou collectrices par des dérivations pour produit respectivement à enrichir, enrichi ou appauvri et le produit enrichi ou appauvri de chaque étage constituant le produit à enrichir dans l'étage supérieur ou inférieur le plus voisin. De telles installations servent de préférence à augmenter la proportion de l'isotope fissile U 235 dans l'uranium naturel en sorte que ce dernier devienne utilisable dans des installations nucléaires. Les unités de séparation sont par exemple des ultracentrifugeuses à gaz. Les installations de séparation d'isotopes basées sur ce principe ne sont pas nouvelles en soi. Le montage en cascades d'unités de séparation est connu d'après les ouvrages "The Theory of Isotope Separation as Applied to the Large Scale Production of U235", New York 1951, de K. Cohen et "Nuclear Chemical Engineering, New York 1957, de Benedict et Pigford.Dans les grandes installations de plusieurs milliers d'unités, il importe particulièrement de rendre optimale la disposition desdites unités et de leurs conduites de jonction, d'une part afin de diminuer la surface de base nécessaire et par conséquent les frais de bâtiment, d'autre part afin derestreindre le plus possible les masses de gaz circulant dans l'installation entre ses unités et de pouvoir les acheminer par le trajet le plus court, de manière à diminuer aussi les frais de conduites. Chaque unité divise un courant d'entrée de produit à enrichir en deux courants de sortie sensiblement égaux, l'un enrichi, l'autre appauvri. La conduite des courants est optimale pour le rendement de séparation de l'installation si le courant de produit à enrichir dans un étage est formé, sans perte de mélange, du courant enrichi dans l'étage de niveau inférieur et du courant appauvri d'un étage de niveau supérieur ainsi que d'une part d'alimentation éventuelle et Si les courants ainsi réunis ne présentent pas de différences de degré d'enrichissement. La demanderesse a déposé le 22 septembre 1971 une demande de brevet français n2 71 34006 pour un dispositif de séparateurs.qui remplit quelques-unes des conditions ci-dessus. Le principe d'une collecte par étage qui y est appliqué, et selon lequel tous les courants fournis par les unités de séparation d'un étage d'enrichissement sont rassembles dans des conduites et amenés globalement à l'étage suivant, est désavantageux, les conduites ayant nécessairement de grandes dimensions et provoquant, par leur longueur parfois importante, une perte de pression notable. Cet agencement rend également difficile la division, souhaitable en service, des étages en des groupes de plusieurs unités montés sur des palettes ou assemblés en des blocs.D'autres particularités de structure d 'ins- tallation de séparation dtisotopes envisagées dans cette demande entraînent une disposition défavorable des unités à l'intérieur du volume disponible ou en compliquent l'accès, pourtant nécessaire aux réparations et à l'entretien. L'invention a pour objet une installation de séparation d'isotopes dont les unités soient disposées de la façon la moins encombrante possible, les courants de produit étant en même temps acheminés, par le trajet le plus court, dans des conduites réalisées facilement, rapidement et à peu de frais. Cette installation est caractérisée par le fait qu'un relativement grand nombre d'unités de séparation sont chaque fois reliées en elles, comme dans un réseau, par leurs dérivations de produit à enrichir, enrichi et appauvri. Les conduites collectrices des étages d'enrichissement n'ont ainsi à remplir qu'unefonction de conduites d'équilibrage dans lesquelles circulent seulement de faibles courants, tandis que la majeure partie est dirigée par le chemin le plus court vers les unités d'étages voisins. Ces conduites d'équilibrage n'ont donc besoin que d'une faible section, laquelle peut être maintenue constante indépendamment des dimensions de la cascade ou de toute l'installation.Il sty ajoute cet avantage, par rapport aux collecteurs d'étage, qu'en cas de défaillance de certaines unités, il ne peut presque pas se former de courants de court-circuit entre des étages d'enrichissement voisins, car toutes les conduites d'équilibrage sont sensiblement au même niveau de pression. En cas de disposition parallèle des divers étages d'enrichissement, des cascades du genre précité prendraient approximativement une forme de losange ou de double trapèze qui permettrait difficilement d'en loger plusieurs, sous un faible encombrement, à l'inté rieur d'un pourtour rectangulaire. Aussi préfère-t-on placer les unités de l'étage de base approximativement sur une des grandes diagonales et celles des étages supérieurs ou inférieurs sur des droites parallèles à ladite diagonale. On aboutit à une exploitation optimale de l'espace disponible si les diverses unités sont disposées en lignes et colonnes parallèles. Suivant une extension avantageuse, les unités de chaque ligne sont réunies dans chacune de celles-ci en des groupes, d'une ou de plusieurs unités, égaux d'une ligne à une autre et les unités de groupes voisins sur une ligne appartiennent à différents étages d'enrichissement voisins, les groupes d'un même étage étant placés, par décalage en gradins sans recouvrement, dans différentes lignes voisines. Cela permet de répartir les unités et leurs conduites au mieux de l'espace disponible sans que la disposition de l'ensemble et en particulier celle des conduites en soient rendues moins claires. Les conduites peuvent au contraire être formées d'un nombre limité de pièces identiques se répétant toujours. Dans un mode de réalisation préféré, il existe une conduite d'équilibrage par étage d'enrichissement, plus deux conduites collectrices par cascade, et chaque unité est reliée aux conduites d'équilibrage respectives de son étage par une dérivation pour produit à enrichir, de l'étage supérieur le plus voisin par une dérivation pour produit enrichi et de l'étage inférieur le plus voisin par une dérivation pour produit appauvri, les dérivations pour produit enrichi de l'étage le plus haut et pour produit appauvri de l'étage le plus bas étant reliées respectivement à l'une et à l'autre conduite collectrice. Les unités d'une ou de plusieurs lignes et d'une ou de plusieurs colonnes peuvent être placées sur une même palette transportable individuellement ou assemblées en un bloc rigide en soi et transportable lui aussi individuellement. Cette disposition facilite grandement le montage de l'installation et l'insertion ou l'extraction d'unités aux fins de réparations et d'entretien, la grandeur et la forme des palettes ou des blocs pouvant en meme temps être rendues optimales indépendamment du branchement des unités. Suivant un dernier perfectionnement, les conduitescollectri ces et une ou plusieurs conduites d'équilibrage sont reliables à une installation d'établissement du vide dans les unités, ce qui facilite l'évacuation nécessaire des gaz de l'installation avant sa mise en fonction, car toutes les unités communiquent avec les conduites d'équilibrage par leurs dérivations. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est le schéma d'une cascade d'installation de séparation d'isotopes dans laquelle un relativement grand nombre d'unités sont chaque fois reliées entre elles, comme dans un réseau, par leurs dérivations pour produit à enrichir, enrichi et appauvri; la figure~2 représente une variante aussi peu encombrante que possible de cette cascade. L'installation de séparation d'isotopes selon l'invention est composée d'un grand nombre de telles cascades. La figure 1 représente de nombreuses unités de séparation 1 consistant par exemple en des ultracentrifugeuses à gaz et affectées à différents étages d'enrichissement A, 4 désignant l'étage de base, alimenté par exemple en UF6 dont la teneur en isotope U235 augmente ensuite continuellement dans les étages A+1 S A+2 etc. et diminue de même dans les étages A 1 s A 2 , etc. jusqu'à ce que l'on extraie de la cascade l'UF6 enrichi de l'étage A+5 et 1'ut6 appauvri de l'étage A 5 Chaque centrifugeuse est reliée à trois conduites d'équilibrage 5 par des dérivations 2, 3, 4 pour produit à enrichir F, enrichi P et appauvri W, le produit à enrichir étant prélevé sur la conduite d'équilibrage d'un étage A et les produits enrichi et appauvri étant cédés respectivement à la conduite d'équilibrage de l'étage supérieur suivant et à celle de l'étage inférieur précédent.On voit que les courants reçus par une centrifugeuse 1 de sa voisine inférieure ou transmis par elle à sa voisine supérieure n'ont i parcourir pour cela que de faibles longueurs des conduites d'équilibrage 5. Les centrifugeuses 1 de la cascade selon la figure 2 sont disposées en un certain nombre de lignes Z et de colonnes S à l'in- térieur d'un tracé rectangulaire, par exemple dans une halle. Dans chaque étage d'enrichissement A, ces centrifugeuses 1 sont réparties en des groupes placés sur autant de lignes voisines et décalés en gradins de l'une à l'autre de celles-ci. Les groupes correspondants d'étages supérieurs ou inférieurs se suivent en partie sur les memes lignes, en partie dans les mêmes colonnes, ceux des mêmes colonnes ayant chaque fois m8me grandeur. Les conduites d'équilibrage et collectrices se conforment à la disposition des centrifugeuses reliées à elles en suivant approximativement, vues en plan, une diagonale coudée ou des lignes parallèles à une telle diagonale. La totalité des centrifugeuses 1 est articulée en des secteurs qui, dans cet exemple, comprennent chacun huit lignes et une colonne sur une m#me palette. Les conduites d'équilibrage et collectrices sont séparables en des points 7, de telle façon que les diverses palettes soient transportables et montables indépendamment les unes des autres. Les conduites collectrices et la conduite d'équilibrage de l'étage de base Ao sont reliées par d'autres conduites 8 à une installation de mise sous vide 9 qui permet d'évacuer les gaz de la cascade avant de la mettre en fonction. REVENDICATIONS 1. Installation de séparation d'isotopes composée d'un grand nombre d'unités couplées en parallèle en des étages d'enrichissement qui sont à leur tour couplés en série en des cascades, lesdites unités étant reliées individuellement à des conduites d'équilibrage ou collectrices par des dérivations pour produ#it respectivement à enrichir, enrichi ou appauvri et le produit enrichi de chaque étage constituant le produit à enrichir dans l'étage supérieur ou inférieur le plus voisin, installation caractérisée par le fait qu'un relativement grand nombre d'unités sont chaque fois reliées entre elles comme dans un réseau par leur dérivations pour produit à enrichir, enrichi ou appauvri. 2. Installation de séparation d'isotopes selon la revendication 1 avec unités disposées en lignes et colonnes parallèles à l'intérieur d'un plan caractérisée par le fait que les unités de l'étage de base sont placées approximativement sur une des grandes diagonales et celles des étages supérieurs ou inférieurs sur des droites parallèles à cette diagonale. 3. Installation de séparation d'isotopes selon la revendication 2 caractérisée par le fait que les unités de chaque ligne sont réunies dans chacune de celles-ci en des groupes, d'une ou de plusieurs unités, égaux d'une ligne à une autre et les unités de groupes voisins sur une ligne appartiennentzà des étages différents et voisins, les groupes d'un même étage étant placés sur des lignes différentes et voisines. 4. Installation de séparation d'isotopes selon la revendication 2 caractérisée par le fait qu'il existe une conduite d'équilibrage par étage d'enrichissement, plus deux conduites collectrices par cascade, et chaque unité est reliée aux conduites d'équilibrage respectives de son étage par une dérivation pour produit à enrichir, de l'étage supérieur le plus voisin par une dérivation pour produit enrichi et de l'étage inférieur le plus voisin par une dérivation pour produit appauvri, les dérivations pour produit enrichi de l'étage le plus haut et pour produit appauvri de l'étage le plus bas étant reliées respectivement à l'une et à l'autre conduite collectrice. 5. Installation de séparation d'isotopes selon la revendication 2 caractérisée par le fait que les unités d'une ou de plusieurs lignes et d'une ou de plusieurs colonnes sont placées sur une palette commune transportable individuellement ou réunies en un bloc rigide en soi transportable lui aussi individuellement. 6. Installation de séparation d'isotopes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée par le fait que les conduites collectrices et une ou plusieurs conduites d'équilibrage sont reliables à une installation de mise sous vide des unités.