ヘリコン渦分離プロセス

ヘリコン渦分離法は、渦管と呼ばれる装置を中心に設計された空力ウラン濃縮法である。ポール・ディラックは同位体分離のアイデアを思いつき、1934年にケンブリッジのピーター・カピッツァの研究室でそのような装置の作成を試みた。^[1]当時は他の分離方法の方が実用的だったが、この方法は南アフリカで、ウラン235含有量が約3～5%の原子炉燃料と、核兵器に使用する80～93%濃縮ウランを生産するために設計され、使用された。南アフリカウラン濃縮公社（UCOR）がこのプロセスを開発し、ペリンダバ（「Y」プラントとして知られる）の施設で数百キログラムのHEUを生産した。空力濃縮法は大量の電力を必要とし、エネルギー消費量が多く、廃熱の除去にかなりの手間がかかることから、一般的に経済的に競争力があるとは考えられていない。他にも利点はあります。例えば、単純で精度が不要で、コストが高くてもです。南アフリカの濃縮工場は1990年2月1日に閉鎖されました。^{[2] : 103}

渦流分離プロセスでは、六フッ化ウランガスと水素の混合物が、ノズルまたは穴から、音速に近い速度で、管の一端に接線方向に注入されます。管は、一端または両端の小さな出口開口部に向かって細くなっています。この接線方向のガス注入により、管内に螺旋または渦流が生じ、2 つのガス流が渦流管の反対側の端から引き出されます。遠心力により同位体分離が行われます。螺旋状の渦流は、管壁での摩擦により、供給入口の下流で減衰します。そのため、管の内径は通常、渦流速度の減衰を抑えるために細くなっています。このプロセスは、分離要素のステージ カット (製品流量と供給流量の比率) が約 1/20 と非常に小さく、プロセス動作圧力が高いという特徴があります。

ステージ同士を連結するには極めて困難な配管工事が必要であるため、設計はカスケード設計技術（ヘリコンと呼ばれる）に発展し、20 の分離ステージが 1 つのモジュールに統合され、20 ステージすべてが共通の軸流コンプレッサーのペアを共有します。この方法が成功するための基本的な要件は、軸流コンプレッサーが異なる同位体組成の並列ストリームを著しく混合することなく正常に伝送することです。典型的なヘリコン モジュールは、20 の分離アセンブリ、2 つのコンプレッサー（両端に 1 つずつ搭載）、および 2 つの水冷式熱交換器を収容する大きな円筒形の鋼鉄容器で構成されています。

このプロセスの利点は、原料が高度に希釈されているため臨界の懸念がなく、バッチ処理に適していることです。つまり、ヘリコン型プラントは比較的小型で済むため、この技術は核拡散の懸念がありません。

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• 南アフリカの核兵器計画 -米国議会図書館ウェブアーカイブ (2001-09-27 アーカイブ)
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