Procédé de séparation par vortex Helikon - Helikon vortex separation process

Le procédé de séparation vortex Helikon est un procédé aérodynamique d'enrichissement de l'uranium conçu autour d'un dispositif appelé tube vortex . Paul Dirac a pensé à l'idée de la séparation isotopique et a essayé de créer un tel dispositif en 1934 dans le laboratoire de Peter Kapitza à Cambridge. D'autres méthodes de séparation étaient plus pratiques à l'époque, mais cette méthode a été conçue et utilisée en Afrique du Sud pour produire du combustible de réacteur avec une teneur en uranium 235 d'environ 3 à 5 % et de l'uranium enrichi à 80 à 93 % pour une utilisation dans les armes nucléaires. . L'Uranium Enrichment Corporation of South Africa, Ltd. (UCOR) a mis au point le procédé en exploitant une installation à Pelindaba (connue sous le nom d'usine « Y ») pour produire des centaines de kilogrammes d' UHE . Les procédés d'enrichissement aérodynamique nécessitent de grandes quantités d'électricité et ne sont généralement pas considérés comme économiquement compétitifs en raison de la forte consommation d'énergie et des exigences importantes pour l'élimination de la chaleur résiduelle . L'usine d'enrichissement sud-africaine a été fermée le 1er février 1990.

Traiter

Dans le processus de séparation par vortex, un mélange d' hexafluorure d'uranium gazeux et d' hydrogène est injecté tangentiellement dans un tube à une extrémité à travers des buses ou des trous, à des vitesses proches de la vitesse du son . Le tube se rétrécit en une petite ouverture de sortie à une ou aux deux extrémités. Cette injection tangentielle de gaz entraîne un mouvement en spirale ou vortex à l'intérieur du tube, et deux flux de gaz sont retirés aux extrémités opposées du tube vortex ; force centrifuge assurant la séparation isotopique . L'écoulement tourbillonnant en spirale décroît en aval de l'entrée d'alimentation en raison du frottement au niveau de la paroi du tube. Par conséquent, le diamètre intérieur du tube est généralement effilé pour réduire la décroissance de la vitesse d'écoulement tourbillonnant. Ce procédé est caractérisé par un élément de séparation avec une très petite coupe d'étage (le rapport entre le flux de produit et le flux d'alimentation) d'environ 1/20, et des pressions de fonctionnement élevées.

En raison de la plomberie extrêmement difficile requise pour relier les étages, la conception a été développée en une technique de conception en cascade (appelée Helikon), dans laquelle 20 étages de séparation sont combinés en un seul module, et les 20 étages partagent une paire commune de compresseurs à flux axial . Une exigence de base pour le succès de cette méthode est que les compresseurs axiaux transmettent avec succès des flux parallèles de différentes compositions isotopiques sans mélange significatif. Un module Helikon typique se compose d'une grande cuve cylindrique en acier abritant les 20 ensembles séparateurs, ainsi que deux compresseurs (un monté à chaque extrémité) et deux échangeurs de chaleur refroidis à l'eau .

Les avantages de ce procédé sont l'absence de problèmes de criticité en raison de la charge d'alimentation hautement diluée et de l'aptitude au traitement par lots. Cela signifie que les centrales de type Helikon peuvent être relativement petites, faisant de la technologie un problème de prolifération nucléaire .

Voir également

Les références

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