Клементина - это кодовое название первого в мире реактора на быстрых нейтронах , также известного как Лос-Аламосский реактор на быстрых нейтронах . Это был реактор экспериментального масштаба. Максимальная мощность составляла 25 кВт, она работала на плутонии и охлаждалась жидкой ртутью . Клементина находилась в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Лос-Аламосе, Нью-Мексико . Клементина была спроектирована и построена в 1945–1946 годах и впервые достигла критичности в 1946 году [1], а полная мощность - в марте 1949 года. [2] Реактор был назван в честь песни « О, моя дорогая, Клементина.Сходство с песней было в том, что реактор был расположен в глубоком каньоне, а операторы реактора были 49-дюймовыми, поскольку 49 (последние цифры элемента 94, изотоп 239) было одним из кодовых названий плутония в то время. [3]
Основная цель Клементины заключалась в определении ядерных свойств материалов для исследования ядерного оружия после Манхэттенского проекта . На реакторе был проведен ряд других экспериментов, включая исследование возможности создания гражданских реакторов-размножителей и измерение нейтронных сечений различных материалов.
Основной дизайн [ править ]
Ядро содержалось в цилиндре из мягкой стали длиной 117 см (46 дюймов) с внутренним диаметром 15,2 см (6,0 дюйма) и толщиной стенки 0,6 см (0,24 дюйма). Топливная сборка имела диаметр 15 см (5,9 дюйма) и высоту 14 см (5,5 дюйма) и содержала 55 тепловыделяющих элементов. Каждый топливный элемент состоял из δ- фазы плутония-239 . Каждый из них был 1,64 см (0,65 дюйма) в диаметре и 14 см (5,5 дюйма) в длину. Твэлы были плакированы простой углеродистой сталью толщиной 0,5 мм (0,020 дюйма). Сердечник располагался внизу стального цилиндра.
Активная зона охлаждалась жидкой ртутью . Максимальная тепловая мощность 25 кВт. Ртуть циркулировала через активную зону и выходила в ртутно-водяной теплообменник с максимальной скоростью потока 0,15 литра в секунду (0,040 галлона США / с) с помощью электромагнитного насоса индукционного типа без движущихся частей. [4]
Защитная и опорная конструкция [ править ]
Активная зона реактора была обернута рядом нейтронных отражателей и защитных конструкций, начиная с цилиндрического бланкета из природного урана толщиной 15 см (6 дюймов), непосредственно окружающего активную зону. Это одеяло было открыто сверху и снизу, и его можно было перемещать вверх и вниз. Затем был стальной отражатель толщиной 15,2 см (6 дюймов) и свинец 10 см (4 дюйма). Наконец, большая часть реактора была окружена множеством пластин из стали и боропласта. Вся эта сборка была окружена и поддержана толстой бетонной оболочкой, которая обеспечивала дополнительную защиту. Через экран проходило несколько отверстий, через которые проходили быстрые нейтроны для различных физических экспериментов. [5]
Управление реактором [ править ]
Реактор первый реактор , чтобы продемонстрировать контроль реакции с помощью контроля запаздывающих нейтронов , [5] [6] это было в большей степени функции является одним из самых ранних реакторов, а не специальный элемента дизайна. Контроль осуществлялся несколькими способами. Описанный выше урановый бланкет можно было поднимать и опускать. 238 U - хороший отражатель нейтронов , поэтому положение бланкета контролировало количество нейтронов, доступных для реакции. Когда бланкет был поднят, больше нейтронов отражалось обратно в активную зону, вызывая большее количество делений и, как следствие, большую выходную мощность. [5]
Кроме того, были два стержня выключения / управления , состоящие из природного урана и бора , который был обогащенным в бор-10 изотопа. 10 B является очень эффективным нейтронным ядом , который может быть вставлен для управления и выключить реакцию.
Остановка реактора заключалась в одновременном сбросе уранового бланкета и установке двух стержней управления в центр, которые поглотили нейтроны и отравили реакцию. В активной зоне было доступно до 20 других отверстий для экспериментальных конфигураций или дополнительного управления или топливных стержней. [5]
Использование и выключение [ править ]
Clementine успешно проработала с 1946 по 1950 год, когда реактор был остановлен для устранения проблемы с регулирующими и регулировочными стержнями. Во время этого останова было отмечено, что один из стержней из природного урана разорвался. Его заменили, и реактор перезапустили. [4]
Он снова успешно эксплуатировался до 1952 года, когда произошел разрыв оболочки одного из твэлов. Это вызвало загрязнение первого контура охлаждения плутонием и другими продуктами деления . На этот раз было решено, что все основные цели Clementine были достигнуты, и реактор был окончательно остановлен и демонтирован. [4]
Результаты эксперимента Клементина [ править ]
Опыт и данные, полученные при эксплуатации реактора Клементина, были очень полезны как для военных, так и для гражданских целей. Одним из заметных достижений проекта Clementine стало измерение полного нейтронного сечения 41 элемента с точностью до 10%. Кроме того, Клементина предоставила бесценный опыт в управлении реакторами на быстрых нейтронах и их проектировании. Было также установлено, что ртуть не является идеальной охлаждающей средой для этого типа реактора из-за ее плохих характеристик теплопередачи. [4]
Технические характеристики [ править ]
- Тип: реактор на быстрых нейтронах
- Топливо: плутоний-239
- Хладагент: ртуть, максимум 2 килограмма в секунду (260 фунтов / мин).
- Модератор: нет
- Экранирование: многослойное покрытие из урана-238, стали, свинца и пластика, пропитанного бором.
- Мощность: максимум 25 кВт.
- Температура ядра: на входе 38 ° C (100 ° F), на выходе 121 ° C (250 ° F), макс. В ядре 135 ° C (275 ° F) [5]
См. Также [ править ]
- Омега-Западный реактор (OWR)
- UHTREX
- Реактор с жидкометаллическим теплоносителем
Ссылки [ править ]
- ^ "Вехи истории Лос-Аламосской национальной лаборатории" (PDF) . Лос-Аламосская наука . Лос-Аламосская национальная лаборатория. 21 . 1993 г.
- ^ Джерни, Эдвард Торнтон (1954-05-01). «Лос-Аламосский реактор на быстрых нейтронах из плутония» . Реакторы - исследования и мощность . LA-1679 . Проверено 5 января 2021 года .
- Перейти ↑ Bunker, Merle E. (Winter – Spring 1983). «Ранние реакторы от водогрейного котла Ферми до новых прототипов энергии» (PDF) . Лос-Аламосская наука . Лос-Аламосская национальная лаборатория: 127.
- ^ a b c d Бункер, Мерл Э. (зима – весна 1983 г.). «Ранние реакторы от водогрейного котла Ферми до новых прототипов энергии» (PDF) . Лос-Аламосская наука . Лос-Аламосская национальная лаборатория: 128.
- ^ a b c d e Адамс, Стивен Р. (октябрь 1985 г.). Теория, конструкция и эксплуатация жидкометаллических быстрых реакторов-размножителей, включая физику рабочего состояния (отчет). NUREG / CR-4375, EGG-2415. Национальная инженерная лаборатория Айдахо. п. A44.
- ^ Белл, Чарльз Р. (март 2007 г.). "Моделирование невозможного безопасности реактора-размножителя" (PDF) . Лос-Аламосская наука : 102.
