Des chercheurs découvrent comment optimiser le coût des usines d'enrichissement d'uranium

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La construction et l'exploitation de séparateurs multiniveaux, qui servent à enrichir l'uranium pour les centrales nucléaires, nécessitent d'importants investissements.

Les spécialistes du MEPhI (Institut d'ingénierie physique de Moscou) de l'Université nationale de recherche nucléaire ont montré grâce à leurs calculs quels critères d'efficacité utilisés dans la construction de ces usines pourraient permettre de réduire les dépenses pour leur construction.

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Les théoriciens du MEPhI (Institut d'ingénierie physique de Moscou) de l'Université nationale de recherche nucléaire ont montré qu'en planifiant la construction des séparateurs pour enrichir de l'uranium, il fallait tenir compte à titre de critère optimal d'efficacité du nombre minimal d'éléments de séparation/centrifugeuses à gaz en cascade, et non du nombre minimal de fluide actif traversant les centrifugeuses.
Un séparateur conçu dans ces conditions, selon les spécialistes, serait la solution la moins coûteuse.

La nécessité d'alimenter des réacteurs nucléaires en combustible à base d'uranium faiblement enrichi implique qu'il en soit produit une grande quantité. En Russie, l'uranium est enrichi dans des séparateurs multiniveaux — des milliers de centrifugeuses à gaz disposées en cascade.

La construction et l'exploitation de tels séparateurs coûte très cher, c'est pourquoi la recherche de solutions pour les optimiser est une tâche importante. On estime que dans les recherches visant à évaluer les paramètres optimaux des cascades de centrifugeuses à gaz, il faut tenir compte des "limites d'application" des critères utilisés.

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Les chercheurs du MEPhI ont comparé les caractéristiques des cascades optimisées selon les critères du nombre minimal d'éléments de séparation à l'intérieur du système et de la quantité minimale du fluide actif (hexafluorure d'uranium) qui traverse toutes les centrifugeuses en une unité de temps (flux total d'alimentation des niveaux de séparation). Sachant que les paramètres/mode de travail des centrifugeuses à chaque niveau de la cascade n'étaient pas identiques.

D'après les chercheurs, dans plusieurs cas les frais unitaires minimaux correspondent à la cascade ayant le nombre minimal possible d'éléments de séparation/centrifugeuses à gaz.

Les chercheurs ont montré que dans les conditions d'optimisation selon le volume du flux total, les paramètres de la cascade trouvés ne correspondent pas au nombre minimal de centrifugeuses dans la cascade. Ce qui signifie qu'avec des paramètres différents des centrifugeuses sur les niveaux de la cascade, il est impossible d'utiliser un tel critère d'optimisation.

Il n'est justifié que dans un cas particulier: quand toutes les centrifugeuses fonctionnent selon un régime identique à tous les niveaux de la cascade de séparation. En pratique, cela signifie qu'un séparateur conçu dans ces conditions serait plus coûteux.

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"Il est à noter que toutes les conclusions tirées dans ce travail concernent non seulement l'enrichissement d'uranium pour les centrales nucléaires, mais également la séparation de mélanges d'isotopes d'autres éléments chimiques", a souligné Andreï Smirnov, co-auteur de l'étude et assistant à la chaire de physique moléculaire du MEPhI.

Selon lui, l'utilisation de critères incorrects pour remplir des tâches concrètes "pourrait conduire à la découverte de paramètres d'un séparateur qui ne seraient pas optimaux pour obtenir tel ou tel produit d'isotope". Sachant que le prix des isotopes produits est relativement élevé, les pertes d'efficacité de tels dispositifs même d'un dixième de pour cent pourraient se traduire par une augmentation notable du prix du produit obtenu.

En accomplissant ce travail, dont les résultats ont été publiés dans le magazine Nuclear Engineering and Technology, les chercheurs ont utilisé les derniers acquis de la théorie des cascades pour la séparation des mélanges d'isotopes et ont appliqué les méthodes numériques d'optimisation des paramètres de séparateurs en cascade mises au point par le MEPhI.

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