Séparation isotopique par laser sur vapeur atomique

Les recherches sur le procédé d'enrichissement de l'uranium par laser ont été menées à partir du milieu des années 1980, en parallèle aux États-Unis (programme Avlis), en France (programme Silva –Séparation Isotopique par Laser de la Vapeur Atomique) et au Japon, en vue de développer une technologie plus compétitive et moins consommatrice d'énergie que la diffusion gazeuse[3].

Le procédé continue d'être en développement dans quelques pays. Il représente un défi spécifique aux contrôles internationaux de non-prolifération[4].

En France, SILVA a été développé par le CEA des années 1980 à 2004. COGEMA a cofinancé les recherches du CEA de 1993 à 2002[3]. 200 kilogrammes d'uranium enrichi à teneur isotopique significative ont été produits en novembre 2003, avec environ une tonne d'Uranium appauvri obtenue parallèlement[5].

Aux États-Unis, dans ce qui a été le plus gros transfert technologique dans l'histoire des États-Unis, le procédé AVLIS a été cédé à la société USEC (United States Enrichment Corporation) pour en faire une exploitation commerciale. Toutefois, après y avoir investi cent millions de dollars, USEC a annoncé (le 9 juin 1999) qu'elle arrêtait ce programme.

On sait à présent que l'Iran a eu un programme SILVA secret. Cependant, l'Iran affirme l'avoir abandonné depuis qu'il a été mis à jour en 2003[6] - [7].

Les spectres d'absorption de l'U-235 et de l'U-238 sont légèrement différents, du fait de la structure hyperfine. Par exemple le pic d'absorption de l'U-238 est à 502.74 nanomètres, alors que celui de l'U-235 se situe à 502.73 nm. Le procédé SILVA utilise des lasers accordables, dont la fréquence peut être ajustée précisément, de manière que seul l'U-235 absorbe les photons, ce qui conduit à l'excitation de l'atome et à son ionisation par effet photoélectrochimique.

Le procédé SILVA est constitué par un vaporisateur et un collecteur, et un système laser. Le vaporisateur produit un courant d'uranium gazeux. Le montage généralement employé est à deux étages, et utilise des lasers de trois fréquences différentes (trois couleurs) pour ioniser l'U-235[8] :

• Un laser accordable à colorant moléculaire sert d'amplificateur optique.
• Ce laser accordable est excité par un laser à vapeur de cuivre, qui lui transmet la puissance[9] - [10] - [11].
• Le laser accordable est par ailleurs traversé par le rayon d'un troisième laser, de faible puissance mais extrêmement stable et précis, qui pilote la fréquence de sortie.

L'U-235 est sélectivement excité par le laser et s'ionise. Les ions sont ensuite déviés vers un collecteur, tandis que les vapeurs neutres d'U-238 traversent le dispositif sans être déviées.