Кіріспе
Аэродинамикалық уранды байыту процесі
Helikon Vortex бөлу процесі – vortex түтігі деп аталатын құрылғы негізінде жасалған уранды байытудың аэродинамикалық процесі. Пол Дирак изотоптарды бөлу идеясын ойлап тапты және 1934 жылы Кембридждегі Питер Капицаның зертханасында мұндай құрылғы жасауға тырысты. Сол кезде бөлудің басқа әдістері тиімдірек болды, бірақ бұл әдіс Оңтүстік Африкада реакторлық отын өндіру үшін, құрамында 3–5% 235 уран бар, сондай-ақ ядролық қаруда қолдану үшін 80–93% байытылған уран алу үшін әзірленді және пайдаланылды. Оңтүстік Африканың Уран байыту корпорациясы (UCOR) Pelindaba-дағы (Y зауыты деп белгілі) құрылыста жүздеген килограммға жуық жоғары байытылған уран өндірді. Аэродинамикалық байыту процестеріне көп электр энергиясы қажет, және жоғары энергия тұтыну мен қалдық жылуды кетіруге қойылатын үлкен талаптардың салдарынан, олар көбінесе экономикалық бәсекеге қабілетсіз деп есептеледі. Дегенмен, олардың да пайдалы тұстары бар, мысалы, қарапайымдылығы, қажетті дәлдік деңгейінің төмендігі, тіпті олар қымбатқа түссе де. Оңтүстік Африкадағы байыту зауыты 1990 жылдың 1 ақпанында жабылды.
The Helikon vortex separation process is an aerodynamic uranium enrichment process designed around a device called a vortex tube. Paul Dirac thought of the idea for isotope separation and tried creating such a device in 1934 in the lab of Peter Kapitza at Cambridge. Other methods of separation were more practical at that time, but this method was designed and used in South Africa for producing reactor fuel with a uranium 235 content of around 3–5%, and 80–93% enriched uranium for use in nuclear weapons. The Uranium Enrichment Corporation of South Africa, Ltd. (UCOR) developed the process, operating a facility at Pelindaba (known as the 'Y' plant) to produce hundreds of kilograms of HEU. Aerodynamic enrichment processes require large amounts of electricity and are not generally considered economically competitive because of high energy consumption and substantial requirements for removal of waste heat. There are other ways in which it is advantageous, e. g. In simplicity, lack of precision required, even if more expensive. The South African enrichment plant was closed on 1 February 1990.
Процесс
В вихревом разделении смесь гексафторида урана и водорода впрыскивается тангенциально в трубку с одного конца через сопла или отверстия со скоростями, близкими к скорости звука. Трубка сужается к небольшому выходному отверстию на одном или обоих концах. Этот тангенциальный впрыск газа приводит к спиральному или вихревому движению внутри трубки, и два потока газа отводятся с противоположных концов вихревой трубки; центробежная сила обеспечивает изотопное разделение. Спиральный закручивающийся поток затухает ниже точки подачи из-за трения о стенку трубки. Следовательно, внутренний диаметр трубки обычно сужается, чтобы уменьшить затухание скорости закручивающегося потока. Этот процесс характеризуется разделяющим элементом с очень небольшим отношением потока продукта к потоку подачи (около 1/20) и высоким рабочим давлением процесса. Из-за чрезвычайно сложной разводки, необходимой для соединения ступеней вместе, конструкция была разработана в виде каскадной схемы (под названием Helikon), в которой 20 разделяющих ступеней объединяются в один модуль, и все 20 ступеней используют общую пару осевых компрессоров. Основным требованием для успеха этого метода является успешная передача осевыми компрессорами параллельных потоков различного изотопного состава без значительного смешения. Типичный модуль Helikon состоит из большого цилиндрического стального сосуда, в котором размещены 20 разделяющих узлов, а также два компрессора (по одному, установленному на каждом конце) и два водяных теплообменника. Преимуществами этого процесса являются отсутствие проблем с критичностью из-за сильно разбавленного сырья и пригодность для периодической обработки. Это означает, что заводы типа Helikon могут быть относительно небольшими, что делает эту технологию проблемой распространения ядерного оружия.