Ферми 1

Ферми 1
Ферми-1, каким он был в 1971 году.
Викимедиа | © OpenStreetMap
Страна	Соединенные Штаты
Координаты	41 ° 57'38 "с.ш. 83 ° 15'28" з.д.
Статус	Выведен из эксплуатации
Строительство началось	Декабрь 1956 г. ( 1956-12 )
Дата комиссии	6 августа 1966 г. ( 6 августа 1966 г. ) (первая чистая мощность)
Дата вывода из эксплуатации	31 декабря 1975 г. ( 1975-12-31 )
Оператор(ы)	Детройт Эдисон
Атомная электростанция
Тип реактора	Быстрый реактор-размножитель
Поставщик реакторов	PRDC
Производство электроэнергии
Единицы выведены из эксплуатации	1 х 150 МВтэ

Ферми-1 был США единственным в демонстрационным реактором-размножителем , построенным в 1950-х годах на атомной электростанции Энрико Ферми на западном берегу озера Эри к югу от Детройта, штат Мичиган . В нем использовался цикл быстрого реактора с натриевым охлаждением , в котором в качестве основного теплоносителя используется жидкий металлический натрий вместо типичных конструкций ядерных реакторов, охлаждаемых водой. Натриевое охлаждение позволяет сделать активную зону более компактной, генерируя лишние нейтроны, используемые для производства большего количества топлива для деления путем преобразования окружающего «одеяла» из ²³⁸ Ты в ²³⁹ Pu, который можно вернуть обратно в реактор. На полной мощности он будет генерировать 430 МВт тепла (МВт) или около 150 МВт электроэнергии (МВт).

Проектированием и строительством Ферми-1 руководил Уокер Ли Сислер , президент компании Detroit Edison . Сислер считал, что бридерный цикл будет доминировать на коммерческом рынке будущего, поскольку он обеспечит практически безграничные запасы топлива, и поддерживал усилия по созданию Ферми-1 на основе конструкции небольшого экспериментального EBR-I в Айдахо. Его усилия были поддержаны Льюисом Штраусом , председателем Комиссии по атомной энергии США (AEC), который был решительным сторонником участия частных компаний в ядерной области.

29 ноября 1955 года EBR-I потерпел частичный сбой по причинам, которые до конца не были понятны. Лицензирование строительства Fermi 1 началось в январе 1956 года. Экспертная комиссия AEC рекомендовала не продолжать проектирование до тех пор, пока проблемы с EBR и конструкция бридера в целом не будут лучше изучены посредством испытаний на новых экспериментальных системах, таких как EBR-II . Когда их отчет был процитирован на слушаниях в Конгрессе, Штраус отказался обсуждать его и одобрил строительство. Это привело к бурным дебатам в Конгрессе и прессе, а также к серии судебных исков со стороны United Auto Workers , которые на короткое время привели к отзыву лицензии на строительство.

Строительство было отложено на несколько лет, а бюджет увеличился вдвое. Операция была запланирована на 1959 или начало 1960 года, но Ферми-1 достиг критического состояния 23 августа 1963 года. Медленно увеличивая свою мощность в течение следующих двух лет, 5 октября 1966 года он пережил частичный расплав , когда поток натрия был прерван из-за блокировки. входных отверстий в нижней части реактора. Проблема была обнаружена достаточно рано, чтобы безопасно остановить реактор, и за пределами здания защитной оболочки не было никаких радиоактивных выбросов . Объект был остановлен на ремонт и перезапущен в июле 1970 года. Он проработал только до повторного закрытия 27 ноября 1972 года и был официально выведен из эксплуатации 31 декабря 1975 года.

Фон

Основная статья: Быстрый реактор с натриевым охлаждением

Большинство коммерческих реакторов работают на делящихся ²³⁵ У топлива. В природе ²³⁵ U смешан с гораздо большим количеством неделящихся веществ. ²³⁸ У. Существует так много ²³⁸ Ты, что ²³⁵ Атомов урана настолько мало, что цепная реакция невозможна. В большинстве случаев это преодолевается двумя способами. Один из методов — «обогащать» топливо, концентрируя ²³⁵ Таким образом, нейтроны имеют большую вероятность столкнуться с ними. В результате обогащения в качестве побочного продукта остаются неделящиеся ²³⁸ U называют обедненным ураном . Другой метод — замедлить нейтроны или « умерить » их, что увеличивает вероятность того, что они вступят в реакцию.

В наиболее распространенных конструкциях реакторов используются оба этих метода, слегка обогащая топливо примерно до 3–5%. ²³⁵ U и использование воды в качестве модератора. В этих конструкциях ²³⁸ U по-прежнему составляет большую часть топлива. Некоторые нейтроны в результате деления попадают в эти атомы и захватываются, превращая их в ²³⁹ Пу. Они также могут подвергаться делению, как ²³⁵ U. Около 35% деления в типичном реакторе приходится на ²³⁹ Пу создан таким образом.

Можно увеличить скорость захвата и получить дополнительное топливо. Однако этот процесс гораздо более эффективен, когда нейтроны имеют более высокую энергию, что противоречит замедлению, необходимому для ²³⁵ U. Это приводит к классу конструкций, оптимизированных для производства ²³⁹ Пу. Эти бридеры обычно состоят из двух частей: «ядра» топлива, обогащенного до такой степени, что оно может поддерживать цепную реакцию без замедлителя, и «одеяла» из топлива. ²³⁸ Окружающая его среда предназначена для захвата любых лишних нейтронов и создания ²³⁹ Мог.

²³⁵ У и ²³⁸ U химически идентичны, и их трудно разделить механическими процессами из-за их немного разной массы. Напротив, уран и плутоний имеют разный химический состав и могут быть разделены с помощью химических процессов. В результате получается относительно чистый плутоний, который можно использовать в качестве топлива в активной зоне реактора-размножителя без дальнейшего обогащения. Как только система заработает, можно будет производить достаточно плутония, чтобы полностью заменить исходное урановое топливо, и при этом еще останется еще больше. Этот дополнительный плутоний затем может быть использован в активной зоне других реакторов-размножителей или смешан с ураном и сожжен в обычных (неразмножающих) реакторах.

Реактор, который может работать без замедлителя, все равно нуждается в охлаждении. Поскольку вода может привести к нежелательному замедлению, необходима другая форма охлаждающей жидкости. Металлический натрий является отличным хладагентом с очень низкой вероятностью реакции с нейтронами, что улучшает нейтронную экономику . Он также имеет отличную теплопередачу. Эффективность теплопередачи является функцией разницы между максимальной и минимальной рабочей температурой. У натрия это температура плавления 371 Кельвин (К) и температура кипения 1156 К. Напротив, эквивалентные пределы воды при атмосферном давлении составляют 273 К и 373 К, что приводит к гораздо меньшей удельной теплоемкости. Чтобы улучшить эту ситуацию, многие реакторы с водяным охлаждением работают под высоким давлением, чтобы повысить температуру кипения. Натриевые конструкции могут работать при атмосферном давлении и гораздо более высокой температуре, что дает преимущество в безопасности. Это компенсируется тем фактом, что натрий очень реакционноспособен. Горячий натрий загорается при контакте с водой или кислородом.

История

Реакторы-размножители

Концепция размножителя доминировала в ранней ядерной мысли, поскольку предлагала способ производить практически неограниченное количество топлива из того, что в противном случае было бы отходами. В 1950-х годах считалось, что запасы природного урана ограничены и могут иссякнуть, если энергия деления станет популярной. Созданный плутоний можно будет использовать в качестве топлива для активной зоны-размножителя, а его останется достаточно для работы других реакторов. Селекционер потенциально генерирует не только электроэнергию, но и доход от продажи топлива. Первым энергетическим реактором был реактор-размножитель, Экспериментальный реактор-размножитель I (EBR-I), который впоследствии стал Национальной лабораторией Айдахо . 20 декабря 1951 года он произвел достаточно электроэнергии для питания нескольких лампочек.

Коммерческое развитие

Уокер Ли Сислер был назначен президентом компании Detroit Edison в декабре 1951 года. Он только что представил доклад Комиссии по атомной энергии США (AEC), в котором предполагалось, что ядерная энергия будет практичной для коммерческих энергетических компаний и может привести к совершенно новому пути. удовлетворения будущих потребностей в электроэнергии. В докладе Сислера основное внимание уделялось быстрому размножителю, в котором говорилось, что «реактор-размножитель будет постоянно производить количество расщепляющегося материала, превышающее потребляемое. Таким образом, реакторы-размножители будут увеличивать, а не потреблять мировые запасы расщепляющихся материалов».

Сислер предложил цикл проектирования для коммерческого селекционера в партнерстве между Detroit Edison и Dow Chemical . AEC утвердила концепцию 19 декабря 1951 года. Это было всего за один день до того, как EBR-1 начал начальную эксплуатацию. В течение следующего года Сислер сформировал Департамент развития ядерной энергетики в Детройт-Эдисон и привлек пятнадцать других коммунальных компаний и поставщиков, включая Consolidated Edison и Philadelphia Electric . Объединенная группа образовала Ассоциацию развития атомной энергетики (APDA).

19 октября 1952 года AEC дала организации добро на детальное проектирование. Разработка шла медленно, пока в августе 1954 года президент Эйзенхауэр не подписал Закон об атомной энергии , который позволял частным компаниям владеть атомными станциями. Дальнейшая поддержка проекта пришла, когда Льюис Штраус был назначен председателем AEC. Штраус был очень заинтересован в коммерческом развитии и решительно поддерживал программы как бридерного, так и легководного реактора .

Отрицательный отзыв

На обзорной встрече с AEC 10 ноября 1954 года Нобелевской премии лауреат Ганс Бете и конструктор EBR Уолтер Зинн разошлись во мнениях относительно исхода аварии в селекционере. Зинн предположил, что это может вызвать взрыв, хотя Бете считал, что это крайне маловероятно. Все согласились, что такой взрыв, если он произойдет, будет достаточно небольшим, чтобы его можно было сдержать в подходящем здании.

Вскоре после встречи Альфред Амороси был назначен техническим директором проекта. Он начал углубленное изучение операций и заинтересовался одной конкретной проблемой. Одним из преимуществ натриевого теплоносителя было то, что он расширялся при повышении температуры, замедляя скорость реакции и снова охлаждая реактор. Этот отрицательный температурный коэффициент весьма желателен, поскольку он обеспечивает пассивную безопасность. Однако ЭБР при определенных условиях продемонстрировал положительный температурный коэффициент. Еще более смущающим было то, что расчеты второго аналогичного эффекта, коэффициента Доплера , оказались положительными. В этом случае дополнительное тепло может привести к выходу из-под контроля.

Работа Амороси изучалась 30 июня 1955 года на собрании группы селекционеров в рамках Консультативного комитета по гарантиям реакторов, группы с голубой лентой , созданной AEC, которая сегодня является частью Комиссии по ядерному регулированию . Они были обеспокоены тем, что коэффициент Доплера может подавить тепловой эффект и любые автоматические системы, пытающиеся его контролировать. Команда неоднозначно отнеслась к этой концепции в более широком смысле, подняв несколько потенциально серьезных проблем и задаваясь вопросом, почему они рассматривают возможность создания полномасштабного завода, не дожидаясь результатов испытаний на меньших прототипах. Они пришли к выводу, что «необходимо признать, что предположения, на которых основаны эти расчеты, не были подтверждены экспериментально, и должны быть таковыми, прежде чем можно будет рекомендовать эксплуатацию такого реактора для площадки, расположенной вблизи населенного пункта».

Крах ЭБР

Часть ядра EBR после частичного расплавления 1955 года.

Чтобы дополнительно охарактеризовать эти эффекты, летом 1955 года EBR начала проводить эксперименты по измерению коэффициента Доплера. Поскольку эффект более выражен при более высоких температурах, было организовано испытание, в ходе которого реактор работал при температуре 900 ° F (482 ° C), что немного ниже точки плавления топлива. Реактивность контролировалась серией моторизованных стержней управления , которые медленно извлекались, чтобы обеспечить плавное повышение мощности. В случае возникновения проблемы в реактор можно было быстро сбросить второй комплект аварийных стержней.

Испытание было проведено 29 ноября 1955 года. По мере увеличения мощности показания температуры при мощности 500 Вт стали сбивать с толку. Обеспокоенный тем, что он начал подниматься, ученый, ответственный за испытание, приказал оператору опустить аварийные стержни, но оператор нажал кнопку более медленных стержней с моторным управлением. Ученый понял, что произошло, и нажал нужную кнопку, но в эти несколько секунд мощность продолжала быстро возрастать. Затем сработала вторая система безопасности, которая сбросила весь бланкет в яму под реактором, что привело к остановке реакций.

Около половины активной зоны расплавилось за считанные секунды, в результате чего реактор стал настолько радиоактивным, что к нему невозможно было приблизиться. Спустя несколько недель командам наконец удалось открыть ядро, и не сразу стало ясно, что вызвало проблемы. Если бы это было вызвано эффектом Доплера, это означало бы, что более крупная станция была бы совершенно неуправляемой. В конце концов было установлено, что причина проблем заключалась в том, что топливные стержни изгибались или опускались при нагревании, что позволяло им сближаться друг с другом и увеличивать скорость реакции. Вопрос о коэффициенте Доплера остался непроверенным.

Крах EBR обострил еще одну давнюю проблему, связанную с конструкцией бридера. Поскольку активная зона была сильно обогащена, даже небольшие движения топлива могли вызвать значительные изменения реактивности, как это произошло на EBR. Если одеяло упадет на топливо в активной зоне, оно может «сжать» его, что вызовет сверхкритичность, что приведет к взрыву. То же самое могло бы произойти, если бы топливо расплавилось и собралось у закругленного днища реактора, а затем на него прижалась остальная часть активной зоны. Амороси разработал простое решение этой более поздней проблемы; металлический конус, мало чем отличающийся от перевернутого рожка мороженого , был помещен в центр резервуара с натрием на дне реактора. Во время нормальной работы это поможет направить поток натрия в активную зону. Если бы топливо расплавилось, конус заставил бы его вытечь наружу в форме кольца, которое не могло бы достичь критической массы.

Заявление и проверка Макмаллоу

Сислер подал заявку на разрешение на строительство Ферми-1 в январе 1956 года. Для строительства завода была создана новая компания - Power Reactor Development Company (PRDC).

Во время серии встреч с Комитетом по гарантиям AEC в марте PRDC представил свою работу на сегодняшний день, но большая часть ее осталась предварительной. Что касается коэффициента Доплера, Аргоннская национальная лаборатория , которая управляла EBR-I, представила данные аварии, включая проблему с провисанием топливного стержня. Уэйн Йенс из PRDC представил три сценария крупных аварий, которые он изучал, включая возможность выкипания натриевого теплоносителя, что может привести к взрыву мощностью 5 тонн в тротиловом эквиваленте (21 ГДж) . Два других сценария представляли собой крах, но цифры для них были слишком предварительными. Генри Гомберг из Мичиганского университета представил свою работу по потенциальным утечкам радиации, но результаты снова были предварительными. Хотя работы продолжаются, Сислер выразил уверенность, что все они будут завершены к тому времени, когда они подадут заявку на получение лицензии на эксплуатацию через несколько лет.

под руководством Роджерса Маккалоу из Монсанто Затем 2 июня 1956 года в чикагском офисе Аргонна была организована еще одна встреча и окончательный анализ данных. В его обзорном письме, подводящем итоги встречи, говорилось: «Несмотря на то, что в распоряжении Комитета нет фактов или расчетов, которые бы ясно указывали на то, что предлагаемый реактор небезопасен для этой площадки, Комитет считает, что в настоящее время имеется недостаточно информации, чтобы дать уверенность в том, что Реактор PRDC может эксплуатироваться на этой площадке без опасности для населения».

Особую озабоченность вызывало понимание того, что именно произошло в EBR, и «необходимо четко продемонстрировать, что коэффициент такой величины не может существовать в конструкции PRDC». Эту проблему можно было решить только путем дальнейших экспериментов, и группа считала, что запланированные в настоящее время испытания просто не дадут достаточно информации вовремя для предполагаемого открытия в 1959 или 1960 году. Они предложили построить реактор меньшего размера специально для проверки последствий перепадов температуры. и еще один, чтобы проверить, смогут ли предлагаемые концепции зданий сдерживания действительно остановить взрыв такой силы, о котором рассказал Йенс.

Хотя дополнительная информация будет получена в результате уже запланированных экспериментов, она не успеет повлиять на проект до завершения строительства, а существующий опыт реакторов меньшего размера «не совсем обнадеживает». Они рекомендовали, чтобы программа EBR-II продвигалась как можно быстрее и была построена как настоящий прототип конструкции Ферми, а не более крупный EBR, который был чисто экспериментальным. Хотя он похвалил PRDC за столь быструю реализацию проекта и его разработку, он пришел к выводу, что «Комитет не считает, что шаги, которые необходимо предпринять, должны быть настолько смелыми, чтобы поставить под угрозу здоровье и безопасность населения».

Споры в Конгрессе

Обзор Макмаллоу поступил в AEC в разгар дебатов в Объединенном комитете Конгресса по атомной энергии по поводу законопроекта Гора-Холифилда , который призван обеспечить большую поддержку коммерческой ядерной энергетики. Штраус считал, что усилия, подобные усилиям PRDC, представляют собой лучший путь вперед, в то время как демократы в Объединенном комитете во главе с Томасом Э. Мюрреем , который также был комиссаром AEC, выступил за дополнительное федеральное финансирование для еще одного раунда экспериментальных машин.

Во время дебатов по законопроекту Джон Дингелл выразил обеспокоенность тем, что AEC одновременно отвечает за развитие ядерной энергетики и контролирует ее безопасность. Он указал на проекты PRDC в качестве примера и призвал приостановить финансирование «до тех пор, пока не будут решены все проблемы безопасности для защиты населения». Он также разослал пресс-релизы в газеты Detroit News , Toledo Blade и Wall Street Journal, в которых выразил обеспокоенность по поводу дизайна.

В конце июня 1956 года Комитет по ассигнованиям Палаты представителей начал рассматривать запрос AEC на дополнительное финансирование экспериментальных машин. Председатель Кларенс Кэннон использовал встречи, чтобы выразить свое несогласие с натиском частных реакторов и руководством Штрауса в целом. На его допросе и Штраус, и Мюррей раскрыли подробности разногласий по поводу конструкции PRDC. Когда Кэннон пожаловался, что частные компании, похоже, не добились прогресса, Штраус ответил, что собирается присутствовать на церемонии закладки фундамента Ферми 8 августа. Это был первый случай упоминания о строительстве, дата была выбрана вместе с названием завода еще до проведения проверки Макмаллоу.

На следующий день Кэннон расспросил Мюррея по поводу конструкции, и Мюррей заявил, что, по его мнению, селекционер является важной частью программы AEC, но что на дополнительные эксперименты следует выделить больше средств. Чтобы подчеркнуть свои аргументы, он прочитал несколько частей обзора Макмаллоу, в которых предлагалось ускорить существующие программы и создать дополнительные системы тестирования. Кэннон использовал это, чтобы доказать, что все первоначально запрошенные 55 миллионов долларов будут переданы AEC вместо ассигнований комитета в 15 долларов. Затем Мюррей на следующий день встретился с Клинтоном Андерсоном , отметив, что Штраус, похоже, проигнорировал опасения Макмаллоу и, очевидно, уже решил выдать лицензию на строительство.

После встречи с Мюрреем Андерсон попросил Джеймса Т. Рэми позвонить в AEC и запросить копию отчета Макмаллоу. Гарольд Вэнс , Кеннет Филдс, Мелвин Прайс и главный юрисконсульт AEC обсудили этот запрос. Вэнс был особенно обеспокоен тем, как этот единственный отчет, среди многих других отчетов AEC по этой теме, был представлен Объединенному комитету, и поэтому он показался Объединенному комитету так, как будто это был единственный подобный отчет. Далее он предложил уточнить роль Комитета по гарантиям и более широкой группы комитетов в рамках AEC. Вместо этого Прайс заявил, что, по его мнению, «именно поэтому такие документы должны иметь привилегию». Просьбу решили проигнорировать.

Андерсон направил официальное письмо 9 июля, и после дальнейших внутренних дебатов Штраус решил объявить его «административной конфиденциальностью» и ответил 13 июля, что они опубликуют его только при условии, что с ним будут обращаться как с конфиденциальной информацией . Объединенный комитет отказался, заявив, что «не может получить отчет на этих условиях». 16 июля Андерсон направил в AEC еще одно требование, от которого они снова отказались, при этом Штраус просто заявил, что «публичного ответа не будет».

Окончательное утверждение

Пока все это происходило, Отдел гражданского применения Прайса (DCA) проводил собственную проверку конструкции. Их обзорное письмо затронуло все вопросы, поднятые Комитетом по гарантиям. Например, в ответ на обеспокоенность по поводу отсутствия достаточной информации для разрешения работы на предлагаемом объекте DCA согласилось, но затем заявило, что, по их мнению, такая информация будет предоставлена ​​до рассмотрения лицензии на эксплуатацию. При рассмотрении вопроса об авариях, которые могут нарушить условия изоляции, они еще раз согласились с Комитетом по гарантиям, что имеющейся информации недостаточно, чтобы сделать вывод, но затем просто заявили, что, по их мнению, предлагаемое здание выдержит «максимально вероятную аварию в истории». этот реактор».

AEC собралась 1 августа, чтобы рассмотреть заявку. Прайс представил доводы DCA, заявив, что они согласны с Комитетом по гарантиям в отношении вызывающих их опасений, но что существуют «разногласия во мнениях относительно этого проекта, которые связаны со степенью оптимизма или пессимизма среди различных людей относительно вероятности того, что эти проблемы могут быть удовлетворительно решены». Затем он предложил выдать разрешение на строительство на основании тех вопросов, которые будут решены до выдачи лицензии на эксплуатацию.

Затем Штраус призвал к обсуждению. Мюррей повернулся к Макмаллоу, который также присутствовал, и спросил его, произошло ли что-нибудь с 6 июня, что могло бы изменить его мнение. Макмаллоу ответил, что ничего не изменилось. Затем Мюррей заявил, что он против выдачи лицензии на строительство. Вэнс заявил, что им следует продолжить получение лицензии на строительство, но обязательно всегда используйте термин «условно» при обсуждении этого вопроса с прессой, поскольку его беспокоили проблемы безопасности, которые уже были известны общественности. Он заявил: «Может пройти некоторое время, прежде чем можно будет получить разумную гарантию. Если бы мы отложили выдачу разрешения на строительство до этого момента, это могло бы задержать реализацию очень важной программы. проблемы будут решены, мы не выдадим разрешение. Мы думаем, что это хорошо».

В конце концов, три члена комиссии проголосовали за выдачу разрешения, а Мюррей проголосовал против. Разрешение было выдано 4 августа 1956 года.

Начало строительства

Как и заявил Штраус, официальная закладка фундамента состоялась 8 августа. Это почти сразу же привело к иску со стороны Объединения работников автомобильной промышленности (UAW) во главе с Уолтером Ройтером . Отчет Маккалоу был обнародован в августе, после того как было выдано разрешение на строительство. Ройтер отметил обеспокоенность по поводу повторной сборки после расплавления, заявив: «На обычном языке это означает, что реактор может превратиться в атомную бомбу небольшого масштаба».

Сислер ответил, что завод получил только лицензию на строительство и что, если проблемы с безопасностью сохранятся, лицензия на эксплуатацию не будет выдана. Затем он заявил, что весь аргумент был политически мотивирован, сообщив Detroit Free Press , что «мы идем по пути к социалистическому государству» и что люди, выступающие против этого проекта, «готовы использовать любую уловку, чтобы сохранить атомную энергию». развитие власти в руках правительства». Он предположил, что все это дело было просто битвой между теми, кто заинтересован в сохранении проектов в государственном и частном секторах, и что аргументы по поводу безопасности «бьют ниже пояса».

Это привело к письму сенатора от Мичигана Патрика В. Макнамары Сислеру, в котором говорилось: «Я отвергаю выдуманный вами миф о том, что это исключительно борьба между государственными и частными властными интересами». Он вынес этот вопрос на рассмотрение Сената, заявив, что безопасность имеет первостепенное значение, поскольку объект находился недалеко от Монро, штат Мичиган , города с населением 20 000 человек, и всего в 30 милях (48 км) от Детройта. Он отметил: «Были ли эти вопросы подняты исключительно непрофессионалами, которые мало или совсем ничего не знали о сложностях и технических особенностях атомных реакторов? Нет. Они были подняты собственным Консультативным комитетом AEC по гарантиям реакторов. И на его вопросы до сих пор так и не было получено ответа. "

Строительство продолжалось, несмотря на сохраняющиеся опасения. Все началось с заливки бетона в подстилающую скалу летом и раскопок в октябре. Первый бетон для фундамента, который считается ключевой датой в любом строительстве реактора, был залит в декабре 1956 года. Верх защитного купола был добавлен 21 сентября 1957 года. Сам корпус реактора прибыл в мае 1958 года после месячного путешествия на барже и по железной дороге. К началу 1958 года смета расходов выросла до 70 миллионов долларов (что эквивалентно 759 миллионам долларов в 2023 году), что вдвое превышает первоначальную оценку. Последняя часть сборки реактора прибыла в мае 1959 года, осталось достроить только паровую установку. 26 мая AEC одобрило окончательное строительство.

Завершение и лицензирование эксплуатации

В августе 1959 года начались первые испытания контуров натриевого охлаждения. Они проводились в гравийном карьере на некотором расстоянии. 24 августа натрий взорвался, в результате чего десятки людей получили ранения и были повреждены близлежащие дома. Вскоре после этого испытания твэлов показали, что они будут работать только в течение 1 ⁄ 3 первоначально предсказанного времени, прежде чем его придется удалить. Дальнейшие испытания контуров натриевого охлаждения показали, что текущий металл отрывает ребра от штифтов, которые удерживали их отдельно друг от друга в реакторе. В 1960 году возникла более серьезная проблема со штырями, которая показала, что они могут раздуваться внутри реактора и препятствовать потоку натриевого теплоносителя. Для решения этой проблемы потребовалась задержка строительства на несколько месяцев.

К этому времени сохраняющаяся угроза иска со стороны UAW прошла через суды и была рассмотрена 23 марта 1960 года. Приговор был оглашен 10 июня - лицензия на строительство была незаконной и все работы на заводе должны были быть приостановлены. прекратить в течение 15 дней. Сислер ходатайствовал о повторном слушании, но 25 июля ему было отказано. И Детройт Эдисон, и Министерство юстиции США подали апелляцию в Верховный суд США . Тем временем строительство продолжалось.

12 июня Верховный суд вынес решение в пользу Ферми-1. По мнению большинства, двухэтапный процесс выдачи лицензий на строительство и эксплуатацию был действителен «достаточно, чтобы удовлетворить доводы закона». По мнению меньшинства, разрешение на строительство означало, что участвующие компании вложили бы миллионы в строительство, и к тому времени, когда оно будет завершено, и что «История законодательства ясно показывает, что вопрос безопасности должен быть решен до того, как Комиссия выдаст разрешение на строительство». ."

Первые из 105 топливных штифтов прибыли 9 июня 1961 года, и AEC выдала расширенную лицензию на строительство, чтобы справиться с продолжающимися задержками. Дальнейшие проблемы препятствовали прогрессу; пробку, закрывавшую верхнюю часть реактора, пришлось заменить, и было обнаружено, что натрий вступает в реакцию с графитовой защитой внутри реактора. Это привело к еще одной 15-месячной задержке и дополнительным затратам на строительство на 2,5 миллиона долларов. В связи с этим AEC выдало еще одно продление лицензии на строительство.

В этот период Уолтер Маккарти возглавлял заявку на получение лицензии на эксплуатацию. Поскольку строительство в основном завершилось осенью 1962 года, Консультативный комитет по безопасности реактора снова собрался в октябре 1962 года для рассмотрения эксплуатационных аспектов. Они очистили реактор для загрузки топлива и эксплуатации на 1 ⁄ 400 от паспортной мощности . Прежде чем его можно будет вывести на следующий уровень мощности в 200 000 кВт, потребуются эксплуатация и проверка. и, наконец, до проектной тепловой мощности 400 000 кВт.

11 декабря 1962 года Ройтер подал ходатайство об отсрочке оперативных слушаний, пока UAW готовит свое дело. На следующий день перегрев охлаждающей воды вызвал череду событий, в результате которых из реактора вылетел горячий натрий, который сразу же загорелся. Рейтер ухватился за это событие, поскольку, если бы топливо было загружено, это привело бы к серьезной радиационной аварии, о которой подхватила пресса, особенно в Вашингтоне. Дело UAW в конечном итоге ни к чему не привело, и временная лицензия на эксплуатацию была одобрена.

Первоначальные операции и крах

Вид сверху на завод вскоре после его ввода в эксплуатацию в 1963 году. Контуры охлаждения и турбогенераторы находятся в здании справа от защитного купола, обработка топлива - слева.

Окончательная загрузка топлива началась 12 июля 1963 года. и первоначальная цепная реакция была успешно достигнута в 12:35 23 августа 1963 года. Реактор работал на низких уровнях мощности в течение следующего года, поскольку было обнаружено и устранено множество мелких проблем. К концу 1965 года планировалось увеличить мощность до 1000 кВт, затем до 20 000, а затем до 80 000, после чего часть электроэнергии будет подаваться в сеть. К этому времени проект, достигший 100 миллионов долларов (что эквивалентно 1 085 000 000 долларов в 2023 году), и 120 миллионов долларов к октябрю. Наращивание мощности продолжалось успешно, и день коммерческого экспорта был назначен на 6 августа 1966 года, при этом реактор должен был производить 33 МВт электроэнергии в течение 60 часов. Во время длительного пробега некоторые топливные сборки показали аномально высокие температуры. Явной причины для этого не было, но ее решили путем перестановки некоторых тепловыделяющих сборок в активной зоне.

Еще один запуск на тот же уровень мощности был разрешен начать в 8 утра 5 октября, но из-за очень незначительных проблем он был отложен до 14:20. В 15:00 мощность достигла 20 000 кВт тепла, и было отмечено неустойчивое поведение, которое было устранено с помощью короткого периода ручного управления перед возвратом в автоматический режим. В 3:05 оператор Майк Вебер заметил, что стержни управления оказались слишком далеко от активной зоны, учитывая количество выделяемого тепла; обычно они должны были находиться на расстоянии около 6 дюймов (150 мм), но автоматическая система отодвинула их на 9 дюймов (230 мм). Кроме того, измерители реактивности показывали ошибочные значения. Это означало, что в ядре были горячие точки, но отображение температуры отдельных элементов находилось на расстоянии от основных элементов управления. Когда он просмотрел дисплей, сразу стало ясно, что две сборки были намного горячее остальных. В 3:09 прозвучала радиационная сигнализация и была объявлена ​​аварийная ситуация класса I (незначительная), в результате которой здание реактора было закрыто. В 3:20 было принято решение заглушить реактор.

Маккарти прибыл вскоре после этого и начал планировать, как выяснить, что произошло. Вебер был обеспокоен локальным таянием, которое могло вызвать проблемы даже в остановленном состоянии. Если бы расплавленное топливо собралось, оно могло бы продолжать нагревать топливо вокруг себя до плавления даже при вставленных регулирующих стержнях. Хотя мониторы показывали проблемы только в сборках М-140 и М-098, счетчик был только в каждой четвёртой сборке, так что не исключено, что плавление было более масштабным. К концу дня радиоактивность падала, и такая вероятность казалась маловероятной.

Расследование несчастного случая

Через месяц после того, как произошла авария, в результате тестирования скорости потока натрия через реактор наконец была получена некоторая информация, которая показала, что могло расплавиться не более шести сборок. Дальнейшие испытания включали медленное удаление одного регулирующего стержня за раз, чтобы посмотреть, что произошло, и это показало, что некоторое плавление определенно произошло. Проблема заключалась в том, как точно определить поврежденные сборки и как удалить их из ядра. Поскольку не было четкого представления о том, как располагалось топливо после плавления, перемещение любой из сборок могло привести к быстрой критичности.

В течение следующих нескольких месяцев топливные сборки одну за другой снимали и отправляли в горячую камеру в Колумбусе, штат Огайо, для исследования. Выяснилось, что четыре узла расплавились, а два слиплись. Большая часть топлива была удалена к маю 1967 года. В этот момент натрий начал сливаться, и к августу было удалено достаточно, чтобы обнажить дно корпуса реактора. Внутреннее пространство осмотрели с помощью перископа что-то похожее на раздавленную пивную банку . и обнаружили на дне Для получения более качественных изображений были использованы новые системы, показавшие, что это сложенный кусок листового металла.

Проблема заключалась в том, как получить объект для изучения. В конечном итоге для этого потребовалось разрезать одно из входных отверстий для натрия и построить новое устройство, извлекающее металл. Вскоре это было идентифицировано как кусок циркониевой защиты. Чтобы расплавленное топливо не прогорело на дне реактора, по дну натриевого резервуара были рассыпаны листы циркония, способные выдержать температуры расплавления. Когда была добавлена ​​коническая направляющая, позже было замечено, что она представляет собой незащищенную область в центре этих пластин. Амороси добавил к конусу шесть треугольных циркониевых пластин, чтобы предотвратить этот путь эвакуации. Щиты были добавлены в 1959 году, на позднем этапе проектирования, и не были добавлены в чертежи. Две из этих пластин отломились и закупорили отверстия, которые позволяли натрию обтекать топливо, в результате чего узлы в этих областях перегревались и плавились.

Перезапуск

Проверка показала, что конус в конечном итоге бесполезен, и к концу 1968 года вся система была демонтирована. Завод снова получил разрешение на загрузку топлива в феврале 1970 года. В мае, во время проверки AEC на предмет запуска, 200 фунтов (91 кг) натрия вырвался из трубы, в результате чего другая труба вырвалась и разбрызгала натрий водой, что привело к взрыву. Для тушения огня использовался газ аргон , но здание пришлось закрыть на два дня.

Система была наконец готова к перезапуску в июле 1970 года. К октябрю она достигла первоначального уровня тепла в 200 000 кВт. К этому времени стоимость завода составила 132 миллиона долларов. В январе 1971 года годовую лицензию на эксплуатацию подлежали продлению, и возникли опасения, что от нее могут отказаться. Чтобы помочь, AEC согласилась прекратить взимать плату за топливо, которое готовили подрядчики AEC. Они продлили лицензию на эксплуатацию до июня 1971 года, а затем до 1972 года.

AEC по-прежнему была заинтересована в дальнейшем развитии концепции размножителя, но Ферми-1 теперь рассматривался как белый слон . К этому времени было принято решение построить экспериментальный бридер в Ок-Ридже , который назывался «первым демонстрационным реактором-размножителем в Соединенных Штатах», полностью игнорируя Ферми. В конечном итоге этот реактор на ядерной площадке Клинч-Ривер был оставлен на месте.

Неисправность

К 1972 году исходное топливо достигло предела выгорания , и его пришлось заменить свежим. 27 августа 1972 года AEC издал «Отказ в подаче заявления на продление лицензии и приостановку выполнения заказа». В ноябре PRDC приняла решение и начала закрытие завода.

Остановка реактора включала удаление всего топлива и натриевого теплоносителя. Радиоактивный натрий был собран в бочки емкостью 55 галлонов с намерением использовать его в реакторе на реке Клинч. Fike Chemical согласилась закупать нерадиоактивный натрий на своем заводе в Нитро, Западная Вирджиния . Они просто сбрасывали его в старые бункеры времен Первой мировой войны , частично открытые непогоде. Дождь пролился в один из бункеров, воспламенив натрий и заставив город укрыться на месте, пока он был потушен. Больше натрия было обнаружено в аналогичных условиях, когда Агентство по охране окружающей среды узнало, что Файк покинул это место, и оно стало печально известным объектом суперфонда .

Утилизация остальных низкоактивных отходов была заключена по контракту, но ни одно из четырех мест захоронения опасных отходов в США не приняло их, и AEC начала рассматривать возможность открытия собственного нового полигона. Закрытие реки Клинч вскоре после этого создало еще одну проблему, поскольку радиоактивный натрий было некуда отправлять, и он оставался на площадке до тех пор, пока его окончательно не удалили в 1984 году. Сам корпус реактора был снят и разрезан в 2012 году.

По состоянию на 2021 год сайт находится в SAFSTOR. статусе . Реактор, топливо и теплоноситель были удалены. AEC выделило на очистку 4 миллиона долларов. К 1974 году окончательные затраты на остановку составили 130 миллионов долларов.

Споры в прессе

Вскоре после закрытия завода Джон Фуллер выпустил книгу « Мы почти потеряли Детройт» , название которой отсылает к комментарию анонимного оператора завода. Фуллер, писатель, драматург и репортер, изначально намеревался написать вымышленный рассказ о катастрофе, но затем наткнулся на документы AEC о Ферми-1 и решил, что реальность более интересна, чем вымысел.

По любым меркам авария была незначительной. Обвал был ограниченным, и различные худшие сценарии были даже близко не реализованы. Книга Фуллера рисует совсем другую картину: конструкция была по своей сути небезопасной, а тот факт, что она не взорвалась и не «потеряла Детройт», во многом был вопросом удачи. Этот вывод в то время активно обсуждался, и тема книги Детройта Эдисона, операторов завода, в которой говорилось, что такая катастрофа не могла произойти. под названием «Мы почти не потеряли Детройт».

Другие авторы раскритиковали работу Фуллера на основании его списка предыдущих несчастных случаев, чтобы создать картину отрасли, балансирующей на грани катастрофы. Авария НРУ упоминается широко, но связана с Ферми лишь второстепенно, а пожар в Виндскейле также подробно описан, но это не та конфигурация реактора. Между тем, эксперимент с натриевым реактором , который потерпел частичную аварию в 1959 году почти по тем же причинам, что и Ферми, вообще не упоминается.

Ферми-1 остается пробным камнем для антиядерных активистов, которые отметили 50-летие этого события в 2016 году, охарактеризовав его как «узкое отвращение к катастрофической катастрофе».

Описание

Ферми-1 представлял собой реактор петлевого типа, в котором активная зона удерживалась внутри сосуда в форме пробирки , содержащего натриевый теплоноситель. Активная зона подвешивается в середине реактора, и через нее прокачивается теплоноситель под низким давлением. Затем охлаждающая жидкость направляется в теплообменник , который передает энергию во второй контур, содержащий воду. Эта горячая вода затем направляется в другой теплообменник, парогенератор , и полученный пар приводит в действие обычную паровую турбину . Эта серия контуров охлаждения предназначена для изоляции натриевого теплоносителя и любой содержащейся в нем радиоактивности как можно ближе к реактору, что упрощает техническое обслуживание остальной части установки.

В целом конструкция петлевого реактора аналогична легководному реактору с дополнительным контуром для натрия. В легководных конструкциях теплоноситель, проходящий через активную зону, обычно приводит в движение парогенераторы напрямую. Это контрастирует с конструкцией бассейнового типа, которая также используется для реакторов с натриевым охлаждением. Конструкция бассейна состоит из двух чашеобразных камер, расположенных одна внутри другой. Натрий перекачивается между двумя пространствами для отвода тепла от активной зоны, а контуры водяного теплоносителя отводят тепло из пространства между двумя чашами. Обе конструкции имеют свои преимущества и недостатки: конструкции с петлями обычно несколько меньше и, следовательно, менее дороги, в то время как конструкции с бассейном лучше изолируют натрий от окружающей среды, а их большая масса натрия является эффективной защитой от температурных переходных процессов.

Конструкция Ферми имела три контура теплоносителя первого контура, каждый из которых входил в реактор над активной зоной на расстоянии 120 градусов. Затем натрий стекал вокруг активной зоны в резервуар в нижней части реактора. Наверху резервуара находилась пластина с множеством просверленных в ней отверстий. Натрий вытекал из резервуара через отверстия в пластине, которые распределяли поток по объему активной зоны и окружающему радиальному бланкету. Розетки располагались чуть выше основной зоны. В верхней части реактора находилась большая пробка, которую можно было вращать, обеспечивая доступ к верхней части активной зоны и бланкету, позволяя добавлять или удалять топливо.

Топливо производилось в длинных стержнях, которые затем собирались в более крупные сборки. Топливо было обогащено до 25,6% 235 по сравнению, возможно, с 3–5% в типичном легководном реакторе. Критичность требовала около 1734 кг топлива и могла быть достигнута с использованием от 91 до 111 сборок, обычно при использовании около 96. Активная зона реактора была смещена внутри реакторной камеры, а барабан располагался с одной стороны. Этот барабан был соединен трубкой, ведущей вверх к верхней части реактора, что позволяло загружать или удалять топливо из реактора, не открывая его. Большой когтеобразный рычаг над активной зоной использовался для перемещения сборок между активной зоной и барабаном, а система, подобная лифту, - для перемещения их между барабаном и сильно экранированной ячейкой на железнодорожных путях за пределами активной зоны.

См. также

• Superphénix - более крупная конструкция селекционера, построенная во Франции.

Ссылки

Библиография

• Отчет об инциденте с плавлением топлива на атомной электростанции Энрико Ферми 5 октября 1966 года . Ассоциация развития атомной энергетики. 15 декабря 1968 года.
• «Ферми – Блок 1» . Площадки выведенных из эксплуатации реакторов NRC США . 9 марта 2021 г.
• Карам, П. Эндрю (17 июля 2006 г.). «Чем быстрые реакторы-размножители отличаются от обычных атомных электростанций?» . Научный американец .
• Фуллер, Джон (1975). Мы почти потеряли Детройт . Книги Баллантайна. ISBN  9780345252661 .
• Мазузан, Джордж; Уокер, Дж. Сэмюэл (1985). Контроль над атомом: начало ядерного регулирования, 1946–1962 гг . Издательство Калифорнийского университета. ISBN  9780520051829 .
• Рейндл, Дж. К. (9 октября 2016 г.). «Неужели мы действительно «почти потеряли Детройт» из-за аварии Ферми-1 50 лет назад?» . Детройт Фри Пресс .
• Чикадзава, Ёситака; Котаке, Сёдзи; Савада, Сюсаку (11 декабря 2009 г.). Сравнение конфигураций пула/контура в технико-экономическом обосновании JAEA 1999–2006 гг. (PDF) (Технический отчет).
• Дэй, Сэмюэл-младший (ноябрь 1975 г.). «Пример кризиса» . Журнал ученых-атомщиков . п. 48.
• Пейдж, Э.М. (май 1976 г.). Мы почти не проиграли Детройт (Технический отчет). Детройт Эдисон.
• Лохбаум, Дэйв (5 июля 2016 г.). «Аварии на атомной электростанции: эксперимент с натриевым реактором» . Союз неравнодушных ученых .
• Гарелис, Эдвард (12 мая 1959 г.). Обогащение топлива для реактора Энрико Ферми (Технический отчет).

Дальнейшее чтение

• Александерсон, Полина (1979). Ферми-I: новый век ядерной энергетики . Американское ядерное общество. ISBN  9780894480171 .