Расширенный испытательный реактор - Advanced Test Reactor

Расширенный испытательный реактор
Advanced Test Reactor 001.jpg
Расширенный испытательный реактор
Advanced Test Reactor находится в Айдахо.
Расширенный испытательный реактор
Национальная лаборатория Айдахо
Действующее учреждениеНациональная лаборатория Айдахо
Место расположенияButte County, возле Арко, Айдахо, Соединенные Штаты
Координаты43 ° 35′09 ″ с.ш. 112 ° 57′55 ″ з.д. / 43,585833 ° с.ш.112,965278 ° з.д. / 43.585833; -112.965278Координаты: 43 ° 35′09 ″ с.ш. 112 ° 57′55 ″ з.д. / 43,585833 ° с.ш.112,965278 ° з.д. / 43.585833; -112.965278
Мощность250 МВт
Строительство и содержание
Строительство началось1967
Технические характеристики
Максимум Тепловой поток1015 s−1 см−2
Макс быстро Поток5·1014 s−1 см−2
ОхлаждениеЛегкая вода
Нейтронный замедлительЛегкая вода
Отражатель нейтроновБериллий
Облицовка МатериалНержавеющая сталь и конкретный

В Расширенный испытательный реактор (ATR) это исследовательский реактор на Национальная лаборатория Айдахо, расположенный к востоку от Арко, Айдахо. Этот реактор был разработан и используется для испытаний ядерного топлива и материалов, которые будут использоваться в энергетических установках, военно-морских силовых установках, исследовательских и перспективных реакторах. Он может работать с максимальной тепловой мощностью 250 МВт и имеет конструкцию сердечника «Четырехлистный клевер» (аналогично Камунианская роза ), что позволяет использовать множество мест для тестирования. Уникальный дизайн позволяет использовать разные нейтронный поток (количество нейтронов, падающих на один квадратный сантиметр каждую секунду) условия в различных местах. Шесть из испытательных площадок позволяют изолировать эксперимент от основной системы охлаждения, обеспечивая собственную среду по температуре, давлению, потоку и химическому составу, воспроизводя физическую среду при ускорении ядерных условий.

ATR - это легководный реактор под давлением (LWR), использующий воду как в качестве теплоносителя, так и в качестве замедлителя. Ядро окружено бериллий отражатель нейтронов для концентрации нейтронов на экспериментах, а также вмещает несколько экспериментальных позиций. Он работает при низкой температуре и давлении 71 ° C (160 ° F) и давлении воды до 2,69 МПа. Корпус реактора ATR изготовлен из прочной нержавеющей стали, имеет высоту 35 футов (11 м) и диаметр 12 футов (3,7 м). Ядро составляет приблизительно 4 фута (1,2 м) в высоту и 4 фута (1,2 м) в поперечнике.

Помимо своей роли в облучении ядерного топлива и материалов, ATR является единственным внутренним источником высокой удельной активности (HSA) в США. кобальт-60 (60Co) для медицинских приложений. HSA 60Co используется в основном в гамма-нож лечение рак мозга. Другие медицинские и промышленные изотопы также были произведены и могут быть снова, в том числе плутоний-238 (238Pu), который используется для питания космических аппаратов.

История

Ядро ATR, питание включено. Змеевидное расположение топливных пластин видно ярко-синим светом. Это связано с Черенковское излучение, который излучает фотоны в синем и ультрафиолетовом диапазоне.[1]

С 1951 года пятьдесят два реактора были построены на территории того, что первоначально было Национальной испытательной станцией Комиссии по атомной энергии, в настоящее время расположенной в Национальной лаборатории штата Айдахо (INL) Министерства энергетики США. Построенный в 1967 году, АТР является вторым по возрасту из трех реакторов, все еще действующих на площадке.[2] Его основная функция - интенсивная бомбардировка образцов материалов и топлива нейтроны воспроизвести долгосрочное воздействие высоких уровней радиация, который будет присутствовать через годы в коммерческом ядерном реакторе. ATR - один из четырех испытательных реакторов в мире с такой возможностью.[3] Реактор также производит редкие изотопы для использования в лекарство и промышленность.[4]

Национальный научный пользовательский центр

В апреле 2007 года ATR был назначен Национальным научным центром пользователя, после того как он был переименован в объект пользователя ядерной науки (NSUF), чтобы стимулировать использование реактора университеты, лаборатории, и промышленность.[5] Этот статус предназначен для стимулирования экспериментов по продлению срока службы существующих коммерческих реакторов и поощрения развития ядерной энергетики. Эти эксперименты будут проверять «материалы, ядерное топливо, и приборы, которые работают в реакторах ».[3] Согласно этой программе экспериментаторам не нужно будет платить за проведение экспериментов на реакторе, но они обязаны публиковать свои результаты. Благодаря системе NSUF, ATR и партнерские учреждения провели 213 награжденных экспериментов из 42 различных учреждений (университетов, национальных лабораторий и промышленности), в результате чего было подготовлено 178 публикаций и презентаций.

ATR по сравнению с коммерческими реакторами

Испытательные реакторы сильно отличаются по внешнему виду и конструкции от коммерческих ядерных энергетических реакторов. Коммерческие реакторы большие, работают на высоких температура и давление, и требуют большого количества ядерного топлива. Типичный коммерческий реактор имеет объем 48 кубических метров (1700 куб футов) с 5400 килограммами (11 900 фунтов) уран при 288 ° C (550 ° F) и 177 атм.[4] Коммерческие реакторы из-за их большого размера и накопленной энергии требуют надежного "конструкция защитной оболочки "предотвратить выпуск радиоактивный материал в случае возникновения нештатной ситуации.

Напротив, ATR требует меньшей конструкции защитной оболочки - он имеет объем 1,4 кубических метра (49 куб футов), содержит 43 кг (95 фунтов) урана и работает при 60 ° C (140 ° F) и 26,5 атм ( условия аналогичны водонагревателю).[4] Сам корпус реактора, сделанный из нержавеющей стали, окруженный бетоном, простирающийся под землей более чем на 20 футов (6,1 м), защищен от случайного или преднамеренного повреждения. Вся зона реактора также окружена защитной конструкцией (в отличие от «защитной конструкции»), предназначенной для дополнительной защиты окружающей среды от любого потенциального выброса радиоактивности.

Конструкция реактора и экспериментальные возможности

Ядро ATR спроектировано так, чтобы быть максимально гибким для исследование потребности. Его можно безопасно включать и выключать так часто, как это необходимо для изменения экспериментов или выполнения технического обслуживания. Реактор также автоматически отключается в случае аномальных экспериментальных условий или сбоя питания.

Компоненты активной зоны реактора заменяются каждые 7–10 лет во избежание усталость из-за воздействия радиации и чтобы экспериментаторы всегда имели новый реактор для работы. В нейтронный поток подаваемый реактором, может быть постоянным или переменным, и каждый лепесток конструкции с четырехлистным клевером может управляться независимо для производства до 1015 тепловые нейтроны в секунду на квадратный сантиметр или 5 · 1014 быстрые нейтроны s−1 см−2.[6] Внутри отражателя имеется 77 различных точек тестирования, а за пределами активной зоны - еще 34 точки низкой интенсивности, что позволяет проводить множество экспериментов одновременно в разных условиях тестирования.[7] Могут быть приспособлены испытательные объемы до 5,0 дюймов (130 мм) в диаметре и до 4 футов (1,2 м) в длину. Эксперименты меняются в среднем каждые семь недель, а реактор находится в номинальной эксплуатации (110 МВт) 75% в год.[8]

В реакторе можно проводить три типа экспериментов:[8]

  1. Статический эксперимент с капсулой: исследуемый материал помещают в герметичную пробирку из алюминий, нержавеющая сталь или циркалой, который затем вставляется в желаемое место реактора. Если высота трубы меньше полной 48-дюймовой высоты реактора, несколько капсул могут быть уложены стопкой. В некоторых случаях желательно испытать материалы (например, тепловыделяющие элементы) в прямом контакте с теплоноситель реактора, в этом случае тестовая капсула не запечатана. Для статической конфигурации капсулы доступны очень ограниченный мониторинг и контроль температуры, и любые экземпляры должны быть встроены в эксперимент с капсулой (например, проволока для плавления при температуре или изолирующий воздушный зазор).
  2. Инструментальный эксперимент с отведением: аналогично конфигурации статической капсулы, этот тип эксперимента позволяет в реальном времени контролировать температуру и состояние газа внутри капсулы. Шланг соединяет испытательную капсулу со станцией управления для сообщения об условиях испытания. Станция управления автоматически регулирует температуру внутри тестовой капсулы по желанию путем нагнетания комбинации гелий (дирижирование) и неон или же аргон (непроводящие) газы через капсулу. Циркулирующий газ можно исследовать, хотя газожидкостная хроматография проверить на отказ или окисление исследуемого материала.
  3. Эксперимент с водяным контуром под давлением: более сложный, чем конфигурация измерительного вывода, этот тип эксперимента доступен только в шести из девяти трубок с потоком, называемых Inpile Tubes (IPT). Испытуемый материал изолирован от теплоносителя первого контура ATR с помощью вторичной системы теплоносителя, что позволяет моделировать точные условия промышленного или морского реактора. Обширные контрольно-измерительные приборы и системы управления в этом типе экспериментов генерируют большой объем данных, которые доступны экспериментатору в режиме реального времени, так что при необходимости в эксперимент можно вносить изменения.

Исследовательские эксперименты на реакторе включают:

  • Усовершенствованная графитовая капсула: в этом эксперименте будет проверяться влияние излучения на несколько типов графита, рассматриваемых для Атомная станция нового поколения программа, которая в настоящее время не имеет данных о высокой температуре потока.[9]
  • Инициатива передового топливного цикла / Легководный реактор: цель AFCI - преобразовать топливо с более длительным сроком службы в топливо с более коротким сроком службы, которое можно было бы использовать в коммерческих легководных реакторах, чтобы уменьшить количество напрасно тратить которые должны храниться при увеличении количества топлива, доступного для коммерческих реакторов.[9]
  • Кобальт-60 Производство: наименее сложным из текущих способов использования усовершенствованного испытательного реактора является производство 60Co радиоизотоп для медицинских целей. Диски из кобальта-59 диаметром 1 мм и толщиной 1 мм вставляются в реактор (Static Capsule Experiment), который бомбардирует образец нейтронами, образуя кобальт-60. Примерно 200 килокюри (7,400 ТБк ) производятся в год исключительно для медицинских целей.[9]

Рекомендации

  1. ^ Хадисе Алаэян (15 марта 2014 г.). "Введение в черенковское излучение". Стэндфордский Университет.
  2. ^ "52 реактора ИНЛ". Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинал на 2008-07-03. Получено 2008-02-28.
  3. ^ а б «Испытательный реактор Айдахо открывается для университетов». USA Today. 2007-12-08. Получено 2008-02-29.
  4. ^ а б c "Информационный бюллетень ATR" (PDF). Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-07-03. Получено 2008-02-28.
  5. ^ "Домашняя страница ATR". Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинал на 2008-04-23. Получено 2008-02-29.
  6. ^ «Опыт испытаний усовершенствованных испытательных реакторов: прошлое, настоящее и будущее» (PDF). Национальная лаборатория Айдахо. Получено 2008-03-28.
  7. ^ «Национальный научный пользовательский центр ATR». Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинал на 2008-05-17. Получено 2008-02-29.
  8. ^ а б Фрэнсис Маршалл. «Средства и возможности ATR для облучения» (PDF). Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-05-08. Получено 2008-02-29.
  9. ^ а б c Роберт С. Ховард. «Использование реактора для усовершенствованного испытательного реактора» (PDF). Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-05-09. Получено 2008-04-03.

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Расширенный испытательный реактор в Wikimedia Commons