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Concept
Séparation isotopique
Résumé
La séparation isotopique est le processus qui consiste à augmenter la concentration des isotopes d'un élément chimique.
Les noyaux atomiques sont constitués de nucléons : Z protons et N neutrons, soit A=Z+N nucléons en tout. Pour garantir sa neutralité, l’atome doit entourer ce noyau d’un nuage d’exactement Z électrons, puisque proton et électron portent tous deux une charge électrique élémentaire, le premier positive, le second négative.
Or les propriétés chimiques de l’atome résultant dépendent essentiellement du nuage électronique, donc de Z. Deux noyaux de même Z, et de N - ou de A - différents coexistent dans l’élément chimique correspondant. On les appelle donc isotopes (du grec topos, la place) car ils occupent la même place dans la table de Mendeleïev.
Les propriétés nucléaires de deux isotopes différents d’un même élément chimique sont parfois fort différentes, et la plupart des applications de la physique nucléaire nécessitent donc une forme ou une autre de séparation de ces isotopes
Enrichissement de l'uranium
Comme on ne peut guère se reposer sur les propriétés chimiques des corps pour séparer les isotopes, on a recours à des procédés physiques, qui font jouer à la masse un rôle important.
S’il s’agit de quantités microscopiques, notamment dans les problèmes d’analyse d’échantillons, on recourra souvent à la spectrométrie de masse, où l’on travaille essentiellement sur des atomes individuels. Une des voies explorées lors du projet Manhattan utilisait cette technique. Une partie importante de l'uranium de la bombe Little Boy, lancée sur Hiroshima provenait des spectromètres de masse, nommés calutron, de l'usine Y-12 à Oak Ridge.
Pour les quantités pondérables, notamment en vue d’applications militaires ou de production d’énergie, les deux procédés couramment utilisés sont l’ultracentrifugation et la diffusion gazeuse pour l’enrichissement de l'uranium. Ces méthodes mettent en œuvre une cascade d’étapes dont chacune donne un enrichissement très faible, mais dont la succession en grand nombre permet d’atteindre le but recherché.
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