Процесс вихревого разделения «Геликон» — это аэродинамический процесс обогащения урана , разработанный на основе устройства, называемого вихревой трубой . Поль Дирак задумался над идеей разделения изотопов и попытался создать такое устройство в 1934 году в лаборатории Питера Капицы в Кембридже. [1] Другие методы разделения были более практичными в то время, но этот метод был разработан и использовался в Южной Африке для производства реакторного топлива с содержанием урана-235 около 3–5% и урана, обогащенного на 80–93%, для использования. в ядерном оружии . Южноафриканская корпорация по обогащению урана (UCOR) разработала этот процесс, эксплуатируя установку в Пелиндабе (известную как завод «Y») для производства сотен килограммов ВОУ . Процессы аэродинамического обогащения требуют большого количества электроэнергии и обычно не считаются экономически конкурентоспособными из-за высокого энергопотребления и существенных требований к удалению отходящего тепла . Есть и другие преимущества, например, из-за простоты, отсутствия точности, даже если это дороже. Южноафриканский обогатительный завод был закрыт 1 февраля 1990 года. [2] : 103
В процессе вихревого разделения смесь газообразного гексафторида урана и водорода впрыскивается по касательной в трубку с одного конца через сопла или отверстия со скоростью, близкой к скорости звука . Трубка сужается до небольшого выходного отверстия на одном или обоих концах. Этот тангенциальный впрыск газа приводит к спиральному или вихревому движению внутри трубы, и два газовых потока отводятся на противоположных концах вихревой трубы; центробежная сила, обеспечивающая разделение изотопов . Спиральный закрученный поток затухает после входного отверстия из-за трения о стенку трубы. Следовательно, внутренний диаметр трубки обычно сужается, чтобы уменьшить затухание скорости закрученного потока. Этот процесс характеризуется сепарирующим элементом с очень маленьким ступенчатым разрезом (отношение потока продукта к потоку сырья), составляющим около 1/20, и высокими рабочими давлениями процесса.
Из-за чрезвычайно сложной сантехники, необходимой для соединения ступеней, была разработана технология каскадного проектирования (получившая название «Геликон»), в которой 20 ступеней разделения объединены в один модуль, и все 20 ступеней используют общую пару осевых компрессоров. . Основным требованием для успеха этого метода является то, чтобы осевые компрессоры успешно передавали параллельные потоки различного изотопного состава без значительного смешивания. Типичный модуль «Геликон» состоит из большого цилиндрического стального резервуара, в котором расположены 20 сепараторов, а также два компрессора (по одному на каждом конце) и два теплообменника с водяным охлаждением .
Преимуществами этого процесса являются отсутствие проблем с критичностью из-за сильно разбавленного сырья и пригодность для периодической обработки. Это означает, что установки типа «Геликон» могут быть относительно небольшими, что делает эту технологию проблемой распространения ядерного оружия .