NRX (National Research Experimental) представлял собой ядерный исследовательский реактор с тяжеловодным замедлителем и легководным охлаждением в Canadian Chalk River Laboratories , который был введен в эксплуатацию в 1947 году при проектной мощности 10 МВт (тепловая), с увеличением до 42 МВт к 1954 году. На момент строительства это был самый дорогой научный объект Канады и самый мощный в мире исследовательский ядерный реактор. [1] NRX был замечательным как по теплопроизводительности, так и по количеству генерируемых свободных нейтронов . Когда ядерный реактор работает, его цепная ядерная реакция генерирует много свободных нейтронов, и в конце 1940-х годов NRX был самым мощным источником нейтронов в мире.
12 декабря 1952 года на NRX произошла одна из первых крупных аварий реактора в мире. Реактор начал работу 22 июля 1947 года под управлением Национального исследовательского совета Канады и был передан компании Atomic Energy of Canada Limited (AECL) незадолго до аварии 1952 года. Авария была ликвидирована, и реактор был перезапущен в течение двух лет. NRX проработал 45 лет и был окончательно остановлен 30 марта 1993 года. [2] В настоящее время он выводится из эксплуатации на территории лаборатории Чок-Ривер.
NRX был преемником первого канадского реактора ZEEP . Поскольку предполагалось, что срок службы исследовательского реактора не будет очень долгим, в 1948 году началось планирование строительства новой установки - реактора National Research Universal , который в 1957 году стал критическим.
Дизайн
Реактор с тяжеловодным замедлителем регулируется двумя основными процессами. Во- первых, вода замедляет ( умеренные ) в нейтроны , которые производятся путем деления ядер, увеличивая вероятность высоких энергетических нейтронов , вызывающих дальнейшие реакции деления. Во-вторых, регулирующие стержни поглощают нейтроны и регулируют уровень мощности или останавливают реактор в процессе нормальной работы. Остановить реакцию может либо вставка регулирующих стержней, либо удаление тяжелого водного замедлителя.
Реактор NRX включал каландрию - герметичный вертикальный алюминиевый цилиндрический сосуд диаметром 8 м и высотой 3 м. Активная зона содержала около 175 вертикальных труб диаметром шесть сантиметров в форме шестиугольной решетки, 14 000 литров тяжелой воды и газообразного гелия для вытеснения воздуха и предотвращения коррозии . Уровень воды в реакторе можно регулировать, чтобы помочь установить уровень мощности. В вертикальных трубах, окруженных воздухом, находились тепловыделяющие элементы или экспериментальные объекты. Эта конструкция была предшественницей реакторов CANDU .
Твэлы содержали твэлы длиной 3,1 м, диаметром 31 мм и массой 55 кг, содержащие урановое топливо и заключенные в алюминиевую оболочку. Вокруг топливного элемента находилась алюминиевая трубка для охлаждающей жидкости, через которую протекала охлаждающая вода из реки Оттава со скоростью до 250 литров в секунду . Между кожухом охлаждающей жидкости и каландрией поддерживался поток воздуха 8 кг / сек.
Двенадцать вертикальных трубок содержали управляющие стержни из порошка карбида бора внутри стальных трубок. Их можно было поднимать и опускать, чтобы контролировать реакцию, при этом любых семи вставленных нейтронов будет достаточно, чтобы поглотить достаточно нейтронов, чтобы не могла произойти цепная реакция. Стержни удерживались электромагнитами , так что при отключении питания они упали в трубки и прекратили реакцию. Пневматическая система может использовать давление воздуха сверху , чтобы быстро заставить их в активную зону реактора или снизу медленно поднимать их из него. Четыре из них были названы защитными банками, а остальные восемь контролировались в автоматическом режиме. Две кнопки на главной панели в диспетчерской активировали магниты, чтобы запечатать стержни в пневматической системе, а кнопка для пневматического введения стержней в сердечник была расположена в нескольких футах от них.
История
NRX какое-то время был самым мощным исследовательским реактором в мире , выведя Канаду на передний край физических исследований. Возникший в результате совместных усилий Великобритании , США и Канады во время Второй мировой войны , NRX был многоцелевым исследовательским реактором, который использовался для разработки новых изотопов, испытательных материалов и топлива, а также для получения пучков нейтронного излучения , который стал незаменимым инструментом в процветающей области. физики конденсированного состояния .
Ядерно-физический дизайн NRX был разработан «Монреальской лабораторией» Канадского национального исследовательского совета , который был создан в Монреальском университете во время Второй мировой войны для участия группы канадских, британских и других европейских ученых в сверхсекретном тяжеловодном реакторе. исследовать. Когда было принято решение построить NRX в том, что сейчас известно как Chalk River Laboratories , подробный технический проект был передан канадской Defense Industries Limited (DIL), которая передала строительство в субподряд Fraser Brace Ltd.
В 1994 году д - р Брокхауз разделил Нобелевскую премию по физике за свою работу в 1950 - х годах в NRX, что выдвинутая методы обнаружения и анализа , используемые в области рассеяния нейтронов для исследования конденсированных сред.
Реактор CIRUS , на основе этой конструкции, был построен в Индии. В конечном итоге он был использован для производства плутония для ядерного испытания индийской операции «Улыбающийся Будда» . [3]
Утверждается, что термин "crud" первоначально означал "Неопознанное месторождение Chalk River", используемое для описания радиоактивных отложений, которые накапливаются на внутренних компонентах реактора, впервые наблюдаемые на установке NRX. [4] [ неудавшаяся проверка ] Crud с тех пор стал обычным языком для «неопознанных отложений, связанных с коррозией» и подобных выражений и обычно используется без отношения к заводу в Чок-Ривер. [ необходима цитата ]
Несчастный случай
12 декабря 1952 г. реактор NRX подвергся частичному расплавлению из-за ошибки оператора и механических проблем в системах отключения. Для целей испытаний часть трубок была отключена от водяного охлаждения высокого давления и подсоединена шлангами к временной системе охлаждения, а одна охлаждалась только потоком воздуха.
Во время испытаний на малой мощности, с низким потоком теплоносителя через активную зону, супервайзер заметил, что несколько регулирующих стержней выдергиваются из активной зоны, и обнаружил в подвале оператора, открывающего пневматические клапаны. Неправильно открытые клапаны немедленно закрывались, но некоторые из управляющих стержней не возвращались в активную зону и застревали в почти выдвинутых положениях, но все еще были достаточно низкими, чтобы их индикаторы состояния указали, что они опущены. Из-за недопонимания между супервизором и оператором диспетчерской были нажаты неправильные кнопки, когда супервизор попросил опустить управляющие стержни в активную зону. Вместо герметизации снятых управляющих стержней с пневматической системой из активной зоны был извлечен предохранительный блок из четырех управляющих стержней. Оператор заметил, что уровень мощности экспоненциально увеличивается, удваиваясь каждые 2 секунды, и отключил реактор. Однако три предохранительных управляющих стержня не были вставлены в активную зону, а четвертому потребовалось аномально много времени, около 90 секунд, чтобы сдвинуться назад, в то время как мощность продолжала расти. Всего через 10 секунд было достигнуто 17 МВт. Охлаждающая вода закипела в трубках, подключенных к временной системе охлаждения, и в некоторых из них произошел разрыв; положительный КПД реактора привел к еще большему увеличению мощности. Примерно через 14 секунд были открыты клапаны для слива тяжелой воды из каландрии. Поскольку для этого потребовалось некоторое время, мощность увеличилась еще на 5 секунд, достигла пика на уровне 80 МВт, затем снизилась по мере снижения уровня замедлителя и через 25 секунд была равна нулю. Между тем, некоторые твэлы расплавились, и каландрия была пробита в нескольких местах; гелий просочился, и внутрь был аспирирован воздух. Водород и другие газы выделялись в результате высокотемпературной реакции металлов с охлаждающей водой, а спустя 3–4 минуты в каландрии взорвался кислородный водород. Во время инцидента некоторые газообразные продукты деления были выброшены в атмосферу, а тяжелая вода в каландрии была загрязнена охлаждающей водой и продуктами деления.
Для отвода остаточного тепла система водяного охлаждения продолжала работать, вытекая загрязненный теплоноситель на пол. Около 10 килокюри (400 ТБк ) радиоактивных материалов, содержащихся примерно в миллионе галлонов (около 4000 м 3 ) воды, были сброшены в подвал здания реактора в течение следующих нескольких дней. [5]
На очистку территории потребовалось несколько месяцев работы, частично выполнявшейся 150 военнослужащими ВМС США, прошедшими подготовку в этом районе, включая будущего президента США Джимми Картера . [6] Активная зона и каландрия реактора NRX , поврежденные и не подлежащие ремонту, были удалены и захоронены, и была установлена улучшенная замена; модернизированный реактор снова заработал через два года. [7]
Уроки, извлеченные в результате аварии 1952 года, значительно продвинули область безопасности реакторов [8], и подчеркнутые в ней концепции (разнообразие и независимость систем безопасности, гарантированная способность к останову [8] эффективность взаимодействия человека и машины ) стали основой конструкции реактора. . [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Чикаго Пайл-1
- Атомная энергия
- Ядерное деление
- Атомная электростанция
- Ядерные отходы
Рекомендации
- ^ «Научные исследования помогают усилиям Второй мировой войны - Национальный исследовательский совет Канады» . Архивировано из оригинала на 2008-02-25 . Проверено 6 сентября 2007 .
- ^ «База данных МАГАТЭ по исследовательским реакторам» . Проверено 19 октября 2017 .
- ^ Ричельсон, Джеффри Т. (март 1999 г.). Слежка за бомбой: американская ядерная разведка от нацистской Германии до Ирана и Северной Кореи . WW Нортон. ISBN 978-0-393-05383-8.
- ^ «NRC: Глоссарий - Crud» . Проверено 29 июня 2007 .
- ^ Введение в ядерную энергетику - Кольер, Джеффри Хьюитт - Google Книги . Books.google.cz. Проверено 6 декабря 2013.
- ^ «Американский опыт: крах на Три-Майл-Айленде» . PBS . Проверено 29 июня 2007 .
- ^ Джедике, Питер (1989). «Инцидент NRX» . Канадское ядерное общество . Лондон, Онтарио: Колледж Фэншоу . Дата обращения 4 июня 2019 .
- ^ а б Уинфилд, диджей; Олсоп, Калифорния (2003), "Оптимизация периодичности испытаний систем безопасности", Использование исследовательских реакторов, безопасность, снятие с эксплуатации, обращение с топливом и отходами , Международное агентство по атомной энергии, стр. 39, CiteSeerX 10.1.1.127.961
Внешние ссылки
- Джедике, Питер (1989). «Инцидент NRX» . Лондон : Колледж Фэншоу .
- «Реакторные аварии» . Государственный университет Джорджии .
- Уитлок, Джереми . «Канадский ядерный FAQ» .
Координаты : 46 ° 03′06 ″ с.ш., 77 ° 21′49 ″ з.д. / 46,05167 ° с. Ш. 77,36361 ° з. / 46.05167; -77,36361