Процесс разделения вихрей Helikon — это аэродинамический процесс обогащения урана , разработанный вокруг устройства, называемого вихревой трубой . Поль Дирак задумался об идее 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 . Корпорация по обогащению урана в Южной Африке, Ltd. (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, как правило, не считаются экономически конкурентоспособными из-за высокого потребления энергии и существенных требований к отводу отходящего тепла . Есть и другие способы, в которых он выгоден, например, в простоте, отсутствии требуемой точности, даже если он более дорогой. Южноафриканский завод по обогащению урана был закрыт 1 февраля 1990 года. [2] : 103
В процессе вихревого разделения смесь газа гексафторида урана и водорода вводится тангенциально в трубку с одного конца через сопла или отверстия со скоростью, близкой к скорости звука . Трубка сужается к небольшому выходному отверстию на одном или обоих концах. Эта тангенциальная инъекция газа приводит к спиральному или вихревому движению внутри трубки, и два газовых потока отводятся на противоположных концах вихревой трубки; центробежная сила обеспечивает изотопное разделение. Спиральный вихревой поток затухает ниже по потоку от входного отверстия подачи из-за трения о стенку трубки. Следовательно, внутренний диаметр трубки обычно сужается, чтобы уменьшить затухание скорости вихревого потока. Этот процесс характеризуется разделительным элементом с очень малым ступенчатым срезом (отношением потока продукта к потоку подачи) около 1/20 и высокими рабочими давлениями процесса.
Из-за чрезвычайно сложной сантехники, необходимой для соединения ступеней, конструкция была разработана в каскадной технике проектирования (названной Helikon), 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, что осевые компрессоры успешно передают параллельные потоки различных изотопных составов без значительного смешивания. Типичный модуль Helikon состоит из большого цилиндрического стального сосуда, в котором размещены 20 узлов сепаратора, а также два компрессора (по одному на каждом конце) и два теплообменника с водяным охлаждением .
Преимущества этого процесса — отсутствие проблем с критичностью из-за сильно разбавленного сырья и пригодность для пакетной обработки. Это означает, что установки типа Helikon могут быть относительно небольшими, что делает технологию проблемой ядерного распространения .