El proceso de separación de vórtice Helikon es un proceso aerodinámico de enriquecimiento de uranio diseñado alrededor de un dispositivo llamado tubo de vórtice . Paul Dirac pensó en la idea de la separación de isótopos e intentó crear un dispositivo de este tipo en 1934 en el laboratorio de Peter Kapitza en Cambridge. [1] Otros métodos de separación eran más prácticos en ese momento, pero este método fue diseñado y utilizado en Sudáfrica para producir combustible para reactores con un contenido de uranio-235 de alrededor del 3% al 5%, y uranio enriquecido entre un 80% y un 93% para su uso. en armas nucleares . La Uranium Enrichment Corporation of South Africa, Ltd. (UCOR) desarrolló el proceso, operando una instalación en Pelindaba (conocida como la planta 'Y') para producir cientos de kilogramos de UME . Los procesos de enriquecimiento aerodinámico requieren grandes cantidades de electricidad y generalmente no se consideran económicamente competitivos debido al alto consumo de energía y los requisitos sustanciales para la eliminación del calor residual . Hay otros aspectos en los que resulta ventajoso, por ejemplo, en términos de simplicidad y falta de precisión, aunque sea más caro. La planta de enriquecimiento de Sudáfrica se cerró el 1 de febrero de 1990. [2] : 103
En el proceso de separación por vórtice se inyecta tangencialmente una mezcla de gas hexafluoruro de uranio e hidrógeno en un tubo por un extremo a través de boquillas u orificios, a velocidades cercanas a la velocidad del sonido . El tubo se estrecha hasta una pequeña abertura de salida en uno o ambos extremos. Esta inyección tangencial de gas da como resultado un movimiento en espiral o de vórtice dentro del tubo, y se retiran dos corrientes de gas en los extremos opuestos del tubo de vórtice; fuerza centrífuga que proporciona la separación isotópica . El flujo giratorio en espiral decae aguas abajo de la entrada de alimentación debido a la fricción en la pared del tubo. En consecuencia, el diámetro interior del tubo suele ser ahusado para reducir la caída en la velocidad del flujo arremolinado. Este proceso se caracteriza por un elemento separador con un corte de etapa muy pequeño (la relación entre el flujo de producto y el flujo de alimentación) de aproximadamente 1/20 y altas presiones operativas del proceso.
Debido a la extrema dificultad de las tuberías necesarias para unir las etapas, el diseño se desarrolló en una técnica de diseño en cascada (denominada Helikon), en la que 20 etapas de separación se combinan en un módulo y las 20 etapas comparten un par común de compresores de flujo axial. . Un requisito básico para el éxito de este método es que los compresores de flujo axial transmitan con éxito corrientes paralelas de diferentes composiciones isotópicas sin una mezcla significativa. Un módulo Helikon típico consta de un gran recipiente cilíndrico de acero que alberga los 20 conjuntos de separadores, junto con dos compresores (uno montado en cada extremo) y dos intercambiadores de calor enfriados por agua .
Las ventajas de este proceso son la ausencia de problemas de criticidad debido a la materia prima altamente diluida y la idoneidad para el procesamiento por lotes. Esto significa que las plantas tipo Helikon pueden ser relativamente pequeñas, lo que convierte a esta tecnología en un problema de proliferación nuclear .