Усовершенствованный испытательный реактор

Усовершенствованный испытательный реактор
Усовершенствованный испытательный реактор
	Усовершенствованный испытательный реактор
	Национальная лаборатория Айдахо
Операционная организация	Национальная лаборатория Айдахо
Расположение	Округ Бьютт , недалеко от Арко, Айдахо , США.
Координаты	43 ° 35'09 "N 112 ° 57'55" W / 43,585833 ° N 112,965278 ° W
Власть	250 МВт
Строительство и обслуживание
Строительство началось	1967
Технические характеристики
Макс. тепловой поток	10 15 с −1 см −2
Макс. быстрый поток	5·10 14 с −1 см −2
Охлаждение	Легкая вода
Нейтронный модератор	Легкая вода
Нейтронный отражатель	Бериллий
облицовки Материал	Нержавеющая сталь и бетон

Advanced Test Reactor ( ATR ) — исследовательский реактор в Национальной лаборатории Айдахо , расположенный к востоку от Арко, штат Айдахо . Этот реактор был спроектирован и используется для испытаний ядерного топлива и материалов, которые будут использоваться на электростанциях, в военно-морских силовых установках, в исследовательских и усовершенствованных реакторах. Он может работать с максимальной тепловой мощностью 250 МВт и имеет конструкцию ядра «четырехлистный клевер» (похожую на камунскую розу ), что позволяет проводить испытания в различных местах. Уникальная конструкция позволяет создавать различные условия нейтронного потока (количества нейтронов, попадающих на один квадратный сантиметр каждую секунду) в разных местах. Шесть испытательных площадок позволяют изолировать эксперимент от основной системы охлаждения, обеспечивая собственную среду для температуры, давления, расхода и химического состава, копируя физическую среду и одновременно ускоряя ядерные условия.

ATR представляет собой легководный реактор под давлением (LWR), в котором вода используется как в качестве теплоносителя, так и в качестве замедлителя. Активная зона окружена бериллиевым отражателем нейтронов для концентрации нейтронов при 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 ширину 12 футов (3,7 м). Ядро имеет высоту примерно 4 фута (1,2 м) и ширину 4 фута (1,2 м).

Помимо своей роли в облучении ядерного топлива и материалов, ATR является единственным в США внутренним источником кобальта-60 с высокой удельной активностью (HSA) . ⁶⁰Co) для медицинского применения. HSA ⁶⁰Co используется в основном при гамма-ножом лечении рака мозга . Другие медицинские и промышленные изотопы также были произведены и могут быть произведены снова, включая плутоний-238 ( ²³⁸Pu), что полезно для питания космических кораблей.

История

С 1951 года пятьдесят два реактора были построены на территории бывшей Национальной испытательной станции реакторов Комиссии по атомной энергии, а в настоящее время там находится Национальная лаборатория Айдахо (INL) Министерства энергетики США. Построенный в 1967 году, ATR является вторым старейшим из трех реакторов, все еще работающих на этой площадке. ^[2] Его основная функция — интенсивная бомбардировка образцов материалов и топлива нейтронами для имитации длительного воздействия высоких уровней радиации , которое может наблюдаться спустя годы в коммерческом ядерном реакторе. ATR — один из четырех испытательных реакторов в мире, обладающих такой возможностью. ^[3] Реактор также производит редкие изотопы для использования в медицине и промышленности . ^[4]

Национальный научно-исследовательский центр

В апреле 2007 года ATR был назначен Национальным центром научных пользователей, а затем переименован в Центр пользователей ядерной науки (NSUF), чтобы стимулировать использование реактора университетами , лабораториями и промышленностью. ^[5] Этот статус призван стимулировать эксперименты по продлению срока службы существующих коммерческих реакторов и стимулировать развитие ядерной энергетики. В ходе этих экспериментов будут проверяться «материалы, ядерное топливо и приборы, работающие в реакторах». ^[3] В рамках этой программы экспериментаторам не придется платить за проведение экспериментов на реакторе, но они обязаны публиковать свои результаты. Через систему NSUF ATR и партнерские учреждения провели 213 отмеченных наградами экспериментов из 42 различных учреждений (университетов, национальных лабораторий и промышленности), в результате чего было опубликовано 178 публикаций и презентаций.

ATR по сравнению с коммерческими реакторами

Испытательные реакторы по внешнему виду и конструкции сильно отличаются от коммерческих ядерных энергетических реакторов. Коммерческие реакторы имеют большие размеры, работают при высоких температуре и давлении и требуют большого количества ядерного топлива. Типичный коммерческий реактор имеет объем 48 кубических метров (1700 кубических футов) с 5400 килограммами (11900 фунтов) урана при температуре 288 ° C (550 ° F) и 177 атм. ^[4] Из-за большого размера и накопленной энергии коммерческие реакторы требуют прочной « защитной конструкции », чтобы предотвратить выброс радиоактивного материала в случае чрезвычайной ситуации.

Напротив, для ATR требуется меньшая защитная конструкция - она имеет объем 1,4 кубических метра (49 кубических футов), содержит 43 килограмма (95 фунтов) урана и работает при температуре 60 ° C (140 ° F) и 26,5 атм ( условия, аналогичные водонагревателю). ^[4] Сам корпус реактора, изготовленный из нержавеющей стали и окруженный бетоном, простирающимся на глубину более 20 футов (6,1 м) под землей, закален от случайных или преднамеренных повреждений. Вся зона реактора также окружена защитной конструкцией (в отличие от «защитной конструкции»), предназначенной для дальнейшей защиты окружающей среды от любого потенциального выброса радиоактивности.

Конструкция реактора и экспериментальные возможности

Ядро ATR спроектировано так, чтобы быть максимально гибким для исследовательских нужд. Его можно безопасно включать и отключать так часто, как это необходимо для проведения экспериментов или выполнения технического обслуживания. Реактор также автоматически отключается в случае ненормальных условий эксперимента или сбоя питания.

Компоненты активной зоны реактора заменяются каждые 7–10 лет, чтобы предотвратить усталость из-за воздействия радиации и гарантировать, что у экспериментаторов всегда будет новый реактор для работы. Поток нейтронов , обеспечиваемый реактором, может быть постоянным или переменным, а каждый лепесток конструкции четырехлистного клевера может управляться независимо, производя до 10 нейтронов. ¹⁵ тепловых нейтронов в секунду на квадратный сантиметр или 5·10 ¹⁴ быстрые нейтроны ⁻¹ см ⁻². ^[6] Внутри отражателя имеется 77 различных мест тестирования и еще 34 места низкой интенсивности за пределами активной зоны, что позволяет проводить множество экспериментов одновременно в разных испытательных средах. ^[7] Можно разместить тестовые объемы диаметром до 5,0 дюймов (130 мм) и длиной 4 фута (1,2 м). Эксперименты меняются в среднем каждые семь недель, а реактор находится в номинальной работе (110 МВт) 75% года. ^[8]

В реакторе можно проводить три типа экспериментов: ^[8]

Эксперимент со статической капсулой: тестируемый материал помещается в герметичную трубку из алюминия , нержавеющей стали или циркалоя , которая затем вставляется в нужное место реактора. Если трубка меньше полной высоты реактора в 48 дюймов, можно сложить несколько капсул друг на друга. В некоторых случаях желательно испытывать материалы (например, твэлы) в непосредственном контакте с теплоносителем реактора , и в этом случае испытательная капсула не герметична. Для статической конфигурации капсулы доступны очень ограниченные возможности мониторинга и контроля температуры, и любые экземпляры должны быть встроены в эксперимент с капсулой (например, термоплавкие провода или изолирующий воздушный зазор).
Инструментальный эксперимент со свинцом: Подобно конфигурации статической капсулы, этот тип эксперимента позволяет в режиме реального времени контролировать температуру и газовый режим внутри капсулы. Шланг соединяет испытательную капсулу со станцией управления для сообщения об условиях испытаний. смесь газов гелия (проводящего) и неона или аргона Станция управления автоматически регулирует температуру внутри испытательной капсулы по желанию, прокачивая через капсулу (непроводящего). Циркулирующий газ можно исследовать с помощью газожидкостной хроматографии, чтобы проверить на разрушение или окисление испытуемого материала.
Эксперимент с водяным контуром под давлением: более сложный, чем конфигурация с инструментальным выводом, этот тип эксперимента доступен только в шести из девяти флюсовых трубок, называемых трубками Inpile (IPT). Испытуемый материал изолирован от первичного теплоносителя ATR с помощью вторичной системы теплоносителя, что позволяет точно моделировать условия коммерческого или военно-морского реактора. Обширные системы контроля и управления в экспериментах этого типа 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 проверено воздействие радиации на несколько типов графита, рассматриваемых для программы атомной электростанции следующего поколения , для которой в настоящее время нет доступных данных о температуре с высоким потоком. ^[9]
Инициатива по усовершенствованному топливному циклу / Легководный реактор: Целью AFCI является преобразование топлива с более длительным сроком службы в топливо с более коротким сроком службы, которое можно было бы использовать в коммерческих легководных реакторах, чтобы уменьшить количество отходов , которые необходимо хранить в то время как увеличение количества топлива, доступного для коммерческих реакторов. ^[9]
Производство кобальта-60 . Наименее сложным в настоящее время применением перспективного испытательного реактора является производство ⁶⁰ Co Радиоизотоп для медицинского использования. Диски кобальта-59 диаметром 1 мм и толщиной 1 мм вставляются в реактор (эксперимент в статической капсуле), который бомбардирует образец нейтронами, производя кобальт-60. Приблизительно 200 килокури (7400 ТБк ) производится в год исключительно для медицинских целей. ^[9]

Критический реактор расширенных испытаний

Advanced Test Reactor Critical ( ATRC ) выполняет функции для ATR, аналогичные функциям реакторов ARMF по отношению к MTR . Это был ценный вспомогательный инструмент, действовавший в течение трех лет, прежде чем был запущен ATR. Это подтвердило для конструкторов реактора эффективность механизмов управления и предсказания физиков о распределении мощности в большой активной зоне ATR. Тестирование на малой мощности в ATRC сэкономило драгоценное время, так что большой ATR мог облучать эксперименты на высоких уровнях мощности. ATRC также используется для проверки безопасности предлагаемого эксперимента перед его помещением в ATR. ATRC начал работу 19 мая 1964 года и продолжает работать. ^[10]

Ссылки

^ Хадисе Алаян (15 марта 2014 г.). «Введение в черенковское излучение» . Стэнфордский университет .
^ «52 реактора INL» . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала 3 июля 2008 г. Проверено 28 февраля 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Испытательный реактор Айдахо открыт для университетов» . США сегодня. 08.12.2007 . Проверено 29 февраля 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Информационный бюллетень ATR» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2008 г. Проверено 28 февраля 2008 г.
^ «Главная страница ATR» . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала 23 апреля 2008 г. Проверено 29 февраля 2008 г.
^ «Опыт передовых испытаний испытательных реакторов: прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо . Проверено 28 марта 2008 г.
^ «Национальный научный центр ATR» . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала 17 мая 2008 г. Проверено 29 февраля 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б Фрэнсис Маршалл. «Установки и возможности облучения ATR» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2009 г. Проверено 29 февраля 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Роберт С. Ховард. «Использование реактора для реактора перспективных испытаний» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 9 мая 2009 г. Проверено 3 апреля 2008 г.
^ https://factsheets.inl.gov/FactSheets/PtP-appendices.pdf. Архивировано 27 сентября 2020 г. в Wayback Machine. Стейси, Сьюзан М. «Доказательство принципа - Приложение B: Пятьдесят лет реакторов в INEEL». 2000.

Внешние ссылки

Информационный бюллетень ATR (PDF, 868 КБ)
Возможности ATR и планы на будущее (PDF, 800 КБ)
Установки и возможности облучения ATR (PDF, 2,4 МБ)

[1] Хадисе Алаян (15 марта 2014 г.). «Введение в черенковское излучение» . Стэнфордский университет .

[INL-react-list-2] «52 реактора INL» . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала 3 июля 2008 г. Проверено 28 февраля 2008 г.

[ATR_Open_to_Universities-3] Jump up to: ^а ^б «Испытательный реактор Айдахо открыт для университетов» . США сегодня. 08.12.2007 . Проверено 29 февраля 2008 г.

[ATR-fact-sheet-4] Jump up to: ^а ^б ^с «Информационный бюллетень ATR» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2008 г. Проверено 28 февраля 2008 г.

[ATR_Home_Page-5] «Главная страница ATR» . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала 23 апреля 2008 г. Проверено 29 февраля 2008 г.

[ATR_Testing_Experience-6] «Опыт передовых испытаний испытательных реакторов: прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо . Проверено 28 марта 2008 г.

[ATR_NSUF-7] «Национальный научный центр ATR» . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала 17 мая 2008 г. Проверено 29 февраля 2008 г.

[ATR_Capabilities-8] Jump up to: ^а ^б Фрэнсис Маршалл. «Установки и возможности облучения ATR» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2009 г. Проверено 29 февраля 2008 г.

[ATR_Research-9] Jump up to: ^а ^б ^с Роберт С. Ховард. «Использование реактора для реактора перспективных испытаний» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 9 мая 2009 г. Проверено 3 апреля 2008 г.

[PTP-10] ttps://factsheets.inl.gov/FactSheets/PtP-appendices.pdf. Архивировано 27 сентября 2020 г. в Wayback Machine. Стейси, Сьюзан М. «Доказательство принципа - Приложение B: Пятьдесят лет реакторов в INEEL». 2000.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]